ENZYMY A NUKLEOVÉ KYSELINY Autor: Mgr. Stanislava Bubíková Datum (období) tvorby: 28. 3. 2013 Ročník: devátý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Organické sloučeniny 1
Anotace: Žáci se seznámí s biokatalyzátory (enzymy) a nositeli genetické informace (DNA a RNA). V rámci tohoto modulu žáci rozdělí enzymy na skupiny, popíší jejich strukturu. Popíší stavbu molekul DNA a RNA, vysvětlí jejich funkci v organismu, popíší přenos genetické informace. 2
Enzymy biokatalyzátory látky umožňující chemické reakce v organismu reakce probíhají až 10 10 rychleji, za mnohem nižších teplot, při atmosférickém tlaku a při fyziologickém ph názvosloví obsahují koncovku: -áza (-asa) např. amyláza (štěpí škroby) většinou triviální názvy: pepsin, ptyalin mezinárodní označení α-amylázy: EC 3.2.1.1 Obr. č. 1: Struktura enzymu [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:st ructure_of_human_chitotriosidase.png 3
Dělení enzymů Oxidoreduktázy (EC 1) Katalyzují redoxní reakce v organismu Transferázy (EC 2) přenášejí funkční skupiny (například methyl-, acetyl- nebo fosfátovou skupinu) Hydrolázy (EC 3) Katalyzují hydrolýzu chemických vazeb Lyázy (EC 4) Štěpí chemické vazby jiným způsobem než hydrolýzou či redoxní reakcí Izomerázy (EC 5) Katalyzují izomerizační reakce Ligázy (EC 6) Spojují dvě molekuly kovalentní vazbou Obr. č. 2: Reakce koagulázy (mění fibrinogen na fibrin [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/fil e:coagulase%2b.jpg 4
Průběh reakce enzymy snižují aktivační energii reakce Biokatalyzátory, umožňují reakci v živém organismu Obr. č. 3: Aktivační energie [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki /File:Activation2_updated.svg 5
Účinnost enzymů specifická katalyzuje pouze jeden typ reakce substrátová působí pouze na určitou látku (substrát) Obr. č. 4: Reakce enzymu se substrátem [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:non-competitive_inhibition.svg 6
Struktura enzymu holoenzym = apoenzym + kofaktor apoenzym základní bílkovinná struktura kofaktor umožňuje aktivitu enzymu 1. koenzym nízkomolekulární látka nebílkovinné povahy není pevně navázán na apoenzym deriváty vitamínů rozpustné ve vodě, koenzym Q10 2. prostetická skupina pevně navázaná na apoenzym kovalentní vazbou (např. hem, železo, hořčík) součást aktivního centra umožňuje transport atomů a jejich skupin Obr. č. 5: Struktura enzymu [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:mod%c3%a8le_d e_l%27activit%c3%a9_d%27une_enzyme.png 7
Reakce enzymu 1. Na enzym E se naváže substrát S (reaktant). 2. Vytvoří se komplex ES enzym-substrát. 3. Ze substrátu vzniká jeden nebo více produktů P, enzym zůstává nezměněn. E + S ES E + P Obr. č. 6: Struktura enzymu [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ajusteinducido.svg 8
Aktivace enzymu přítomnost některých kationtů (např. Mg 2+ ) zvyšuje aktivitu enzymu Obr. č. 8: Vznik komplexu ES [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:enzymwerking.gif Obr. č. 7: Sled několika enzymatických reakcí [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:enzymatic_reaction.jpg 9
Inhibice enzymu nevratná její účinky se nedají zvrátit působení jedovatých kationtů těžkých kovů ( 2+ Hg 2+, Pb 2+ ) Obr. č. 9: Kompetitivní a alosterická inhibice [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:comp_inhib3.png Obr. č. 10: Inhibitory zpomalují aktivitu enzymu [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ache_inhibitors_pic.jpg 10
Inhibice enzymu vratná její účinky se dají zvrátit 1. kompetitivní - soutěživá inhibitor soutěží se substrátem o vazebné (aktivní) místo 2. alosterická (nekompetitivní) inhibitor se váže do alosterického centra Obr. č. 11: Kompetitivní inhibice [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:binding_ sites_enzyme_inhibitors.svg Obr. č. 12: Alosterická inhibice [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:enzimasalostericos.svg 11
Nukleové kyseliny biochemické makromolekuly jejich řetězce jsou tvořené z nukleotidů uchovávají genetickou informaci součást všech živých organismů DNA deoxyribonukleová kyselina RNA ribonukleová kyselina Obr. č. 13: Struktura DNA [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:d NA_methylation.jpg 12
DNA polymer tvořený dvěma řetězci nukleotidů stavba nukleotidu: nukleosid (cukr deoxyribóza, nukleová báze) + fosfátová skupina dvě vlákna DNA vytvářejí dvoušroubovici, navzájem jsou spojena vodíkovými můstky mezi dusíkatými bázemi tři můstky spojují guanin a cytosin dva můstky adenin a thymin Obr. č. 14: Spojování bází [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:blunt_ligation.svg Obr. č. 15: Nukleotid a nukleosid [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:nucleotid e_nucleoside_general_it.svg 13
Nukleové báze = dusíkaté báze adenin (A), guanin (G) cytosin (C), thymin (T) první dvě (A, G) jsou odvozeny od purinu, zbylé báze od pyrimidinu (C, T, U uracil v RNA) Obr. č. 16: Purin [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Purine_2D_aromatic_full.svg Obr. č. 17: Pyrimidin [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Pyrimidin.png Obr. č. 18: Spojení částí DNA [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:0322_dna_nucleotides.jpg 14
RNA stavba nukleotidu: nukleosid (cukr ribóza, nukleová báze) + fosfátová skupina obsahuje báze: adenin, guanin, cytosin, uracil tvořena jedním vláknem umožňuje přepis genetické informace z DNA do struktury proteinů Obr. č. 1: Struktura DNA a RNA [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:difference_dna_rna-uk.svg 15
Druhy RNA mrna = mediátorová RNA jednovláknová vzniká během transkripce přepis genetické informace z DNA rrna = ribozomální RNA jednovláknová (část ve šroubovici) součást ribozomu nejhojnější = 80 % všech RNA trna = transferová RNA jednovláknová (vlákno vytváří 3D strukturu) podílí se na proteosyntéze připojuje jednotlivé aminokyseliny do řetězce Obr. č. 19: Replikace DNA [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:d NA_replication_split.svg 16
Přepis genetické 1. Replikace DNA 2. Transkripce informace přepis z DNA do mrna 3. Translace sestavení primární struktury bílkoviny z aminokyselin přinesených trna v ribozomu podle vzoru (mrna) Obr. č. 20: Syntéza proteinu na ribozomu [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:proteintransl.jpg Obr. č. 21: Prostorová struktura trna [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:the_trna_clo verleaf_general.svg 17
Zdroje 1. BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. 2. Structure_Of_Human_Chitotriosidase.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:structure_of_human_chitotriosidase.png 3. Coagulase%2B.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:coagulase%2b.jpg 4. Activation2_updated.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:cactivation2_updated.svg 5. Non-competitive_inhibition.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:noncompetitive_inhibition.svg 6. Mod%C3%A8le_de_l%27activit%C3%A9_d%27une_enzyme.PNG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:mod%c3%a8le_de_l%27activit%c3%a9_d%27une_enzyme.png 7. AjusteInducido.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ajusteinducido.svg 8. Enzymatic_Reaction.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:enzymatic_reaction.jpg 9. Enzymwerking.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:enzymwerking.gif 10. Comp_inhib3.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:comp_inhib3.png 11. AChe_inhibitors_pic.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:ache_inhibitors_pic.jpg 12. Binding_sites_enzyme_inhibitors.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:binding_sites_enzyme_inhibitors.svg 13. EnzimasAlostericos.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:enzimasalostericos.svg 14. DNA_methylation.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:dna_methylation.jpg 15. Blunt_ligation.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:blunt_ligation.svg 16. Nucleotide_nucleoside_general_it.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:nucleotide_nucleoside_general_it.svg 17. Purine_2D_aromatic_full.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:purine_2d_aromatic_full.svg 18. Pyrimidin.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:pyrimidin.png 19. 0322_DNA_Nucleotides.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:0322_dna_nucleotides.jpg 20. DNA_replication_split.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:dna_replication_split.svg 21. Proteintransl.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:proteintransl.jpg 22. The_tRNA_cloverleaf_general.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2013-03-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:the_trna_cloverleaf_general.svg 18