Jana Fauknerová Matějčková
glykosyltransferáza schopná syntetizovat řetězec prvních několika molekul glukosy jako základ nové molekuly glykogenu glykogenin tak slouží jako primer prvním krokem je navázání glukosy na tyrosinový zbytek v pozici 194 po navázání dalších cca sedmi molekul glukosy přejímá aktivitu glykogensyntáza, glykogenin však zůstává kovalentně navázán na začátku řetězce
typy chemických reakcí názvosloví enzymů ve vztahu ke katalyzované reakci typické koenzymy enzymů způsoby regulace aktivity enzymu v metabolických reakcích enzymy běžně stanovované v krvi jako markery poškození buněk určité tkáně
katalyzátory chemických reakcí zvyšují rychlost chemických reakcí a snižují aktivační energii těchto reakcí enzymy = proteiny, produkované živými buňkami výjimka speciální molekula RNA katalyzuje vlastní strukturou přeměnu intracelulární a extracelulární enzymy
2 typy enzymů molekulu tvoří pouze bílkovina jednoduchý protein molekula obsahuje vedle proteinu i nebílkovinnou složku kofaktor kofaktor ion kovu organická molekula koenzym slabá vazba na protein prostetická skupina pevná vazba - kovalentní, součást molekuly, př. hem v cytochromu holoenzym funkční kompletní molekula = apoenzym (protein) + koenzym (neproteinová složka)
oligomery, obsahují podjednotky vazebné místo pro efektory regulátory podjednotky regulační katalytická podjednotka vazebné místo jen na některých podjednotkách různé vazby pro aktivátory, inhibitory multienzymové komplexy následné reakce, kooperující skupina enzymů
aktivní místo koenzym prostetická skupina Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
substrátová vztah k bílkovinné části umožní rozpoznat substrát absolutní ureáza skupinová fosfatáza malá - esteráza funkční - reakční určená především koenzymem, ale i bílkovinou určuje např. redox potenciál enzymu stereospecifita hexokináza jen s D-Glc, s L-Glc žádná reakce v chemické reakci bez enzymu vzniká vždy 50% L- a 50% D-izomerů
intracelulární pro vlastní potřebu (LDH) extracelulární katalýza reakcí probíhající mimo buňku, než byly vytvořeny syntetizovány v neaktivní formě proenzymy (protrombin, trypsinogen) poločas rozpadu důležité v regulaci!!! LDH - 50 hodin HMG-CoA reduktáza (syntéza cholesterolu) 2 hodiny
zkratky enzymů běžně používané v medicíně staré triviální názvy bez vztahu ke katalyzované reakci koncovka in (pepsin, trypsin, ) používají se pro enzymy objevené již dávno (dlouho používané názvy)
EC nomenklatura http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ každý enzym má své EC číslo EC1.x.x.x EC2.x.x.x EC3.x.x.x EC4.x.x.x EC5.x.x.x EC6.x.x.x oxidoreduktázy transferázy hydrolázy lyázy izomerázy ligázy (syntetázy) vychází z typu enzymem katalyzované reakce
systematický název podle specifických pravidel specifikují reakci katalyzovanou enzymem ATP: D-glukóza fosfotransferáza (EC 2.7.1.2) 2 transferáza přenáší 7 fosfát přenáší 1 na alkoholovou skupinu ATP + D-Glc ADP + D-Glc-6-fosfát doporučený název - glukokináza
1. EC 1. - OXIDOREDUKTÁZY - katalyzují redoxní reakce Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
oxidace / redukce (ionty, organické sloučeniny) přenáší atomu vodíku jako takové (společný přenos p + + e - ) nebo se p + odpojí a e - jsou přenášeny odděleně redoxní ekvivalenty FAD/FADH 2 flavinadenindinukleotid NAD/NADH + H + NADP/NADPH + H + nikotinamiddinukleotidfosfát nikotinamiddinukleotid prekurzor niacin kyselina nikotinová FMN/FMNH 2 hem Fe 3+ + e - Fe 2+ flavinmononukleotid prekurzor vit. B12
O=P-OH OH Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
koenzym Q akceptor redukčních ekvivalentů (ubichinon Q přechází na ubichinol QH 2 ) kyselina lipoová komplex katalyzující oxidativní dekarboxylaci 2-oxokyselin
jednodušší názvy než systematické dehydrogenáza přenáší vodíkové atomy reduktáza oxidáza přenáší elektrony peroxidáza (různé peroxidy) přenáší elektrony oxygenáza (O 2 ) zabudovává atom nebo molekulu kyslíku do substrátu hydroxyláza (monooxygenáza) desaturáza (-HC 2 -CH 2 - -CH=CH-)
2. EC 2. TRANSFERÁZY - katalyzující přenos funkčních skupin mezi donory a akceptory - přenáší NH 2, fosfát, acyl, c1-fragmenty Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Th
thiamindifosfát TPP přenos - C=O vitamin B1 - thiamin koenzym A vitamin kyselina panthothenová - přenos váží acyl ATP, GTP fosfát PALP pyridoxalfosfát NH 2 vitamin B6 THF tetrahydrofolát C1 fragment kyselina listová PAPS fosfoadenosinfosfosulfát - sulfát
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
skupinatransferáza aminotransferáza kináza fosfotransferáza fosforyláza transketoláza transaldoláza
3. EC 3. HYDROLÁZY - katalyzují hydrolytické štěpení - kondenzace hydrolýza - peptidázy, proteázy, lipázy, a-amyláza, nukleáza - esterázy - R 1 -CO-O-R 2 - fosfatáza - (fosfát-o-r) Pi!!! - fosfodiesteráza - (R 1 -O-fosfát-O-R 2 ) Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
4. EC 4. - LYÁZY SYNTÁZY - přidávají nebo odebírají malou molekulu do / ze substrátu - adice / eliminace vody = hydratace / dehydratace - dekarboxylázy CO 2 - hydratázy -CH CH- + H 2 O -CH(OH)-CH 2 -) - dehydratázy H 2 O - syntáza Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Th
PALP pyrixoxalfosfát - dekarboxylázy
5. EC 5. - IZOMERÁZY - katalyzují izomeraci - epimerázy - monosacharid jeho epimer - mutázy - změna polohy fosfátové skupiny v molekule Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
6. EC 6. - LIGÁZY - SYNTETÁZY - katalyzující syntetické reakce, kde 2 molekuly jsou spojeny v jednu molekulu, syntéza vyžaduje dodávku energie - ATP - karboxyláza - pyruvátkarboxyláza, syntetázy - glutaminsyntetáza Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
ATP acylcoatransferázy aminoacyl-t-rna-syntetázy biotin karboxylázy
AST aspartátaminotransferáza ALT alaninaminotransferáza ALP alkalická fosfatáza LPS lipáza CK kreatinkináza LD laktátdehydrogenáza transferáza transferáza hydroláza hydroláza transferáza oxidoreduktáza
snižují aktivační energii zkracují čas dosažení rovnovážných koncentrací nespotřebovávají se, nemění se umožňují uskutečnění reakce při t, p, ph lidského těla specifické mohou být regulovány nemění DG dané reakce nemění rovnovážné koncentrace
aktivační energie minimální energie molekul nutná k nástupu chemické reakce při jejich vzájemné srážce aktivační energie bez enzymu aktivační energie s enzymem např. C 6 H 12 O 6 CO 2, H 2 O
některé enzymy jsou produkovány ve formě prekurzorů proenzymů nebo zymogenů (neakt. enzymů) izoenzymy enzymy, katalyzující stejnou reakci, ale liší se strukturou a fyzikálněchemickými vlastnostmi kódovány různými geny (pravé izoenzymy) vznikají různou posttranslační modifikací (izoformy) nachází se v různých kompartmentech nachází se v různých tkáních
faktory ovlivňující rychlost enzymatických reakcí: teplota - t, počet molekul schopných reakce, frekvence srážek ale jen do limitu!!!, pak ztráta katalytické aktivity - denaturace Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Th
ph optimum 5-9, průběh křivek změny nabitého stavu enzymu či substrátu, při změnách ph se mění konformace enzymů ionizace enzymů denaturace enzymů
S + E ES P + E koncentrace substrátu a enzymu konc. substrátu rychlost roste k max. hodnotě (Vmax.) dokud není E nasycen S C veškerý E je spojen se S B ½ molekul E je nasycena S K m Michaelisova konstanta
K m Michaelisova konstanta množství S, pří níž reakce probíhá ½ Vmax. poskytuje info o afinitě S k E, čím je, tím je afinita S k E K m = mol/l průběh křivky (hyperboly) může být popsán rovnicí v i počáteční rychlost V max. max. limitní rychlost, při úplném nasycení enzymu S
Km popisuje afinitu enzymu k danému substrátu (nepřímá úměrnost) charakterizuje dvojici S-E hodnoty K m 10-3 10-7 mol/l vyšší afinita k substrátu Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
Lineweauerův Burkův graf pro přesné stanovení K m směrnice = K m /V max Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
efektory přirozené nepřirozené aktivátory, inhibitory reverzibilní, ireverzibilní
kompetitivní I se váže na vazebné (katalytické) místo enzymu, I soutěží se S I je podobný S, reverzibilně se kombinuje s E E-I komplex zvyšuje K m (snižuje afinitu enzymu substrátu), je třeba vyšší koncentrace S lze potlačit inhibici koncentrace substrátu rychlost Vmax. se nemění inhibice methanolu ethanolem léky - antimetabolity Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
nekompetitivní I pevně blokuje aktivní centrum, např. ionty těžkých kovů I nejsou podobné S I se váže na jiné místo enzymové molekuly nelze potlačit koncentrace substrátu (nemění se Km) V max - aktuální koncentrace aktivního enzymu vratná pouze pokud se inhibitor neváže na enzym kovalentně Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
inhibitor se váže na molekulu enzymu mimo aktivní centrum (allosterické centrum) změní strukturu molekuly projeví se změnami v aktivním centru dochází k úplnému zrušení možnosti vazby S na E změna křivky z hyperboly na sigmoidu Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005 Thieme
inhibice léky a jedy vratná reverzibilní nevratná ireverzibilní - inhibitor se váže na enzym kovalentně (pevně) inhibice jako regulace metabolických drah produktem nebo meziproduktem reverzibilní kovalentní modifikací - fosforylace / defosforylace enzymu kompetitivní ( K m ) nebo alosterická (změna aktivního místa)
nádorové buňky jeví abnormality v regulaci své enzymové výbavy indukce enzymů je jednou z nejdůležitějších příčin lékové interakce regulací metabolismu se udržuje homeostázy tok metabolitů živou buňkou je jednosměrný klíčové enzymy většinou 1. reakce
změna absolutního množství přítomného enzymu (syntéza a degradace) syntéza E může být spuštěna induktorem konstitutivní enzymy nezávislé na induktoru syntéza potlačena konečnými produkty katabolická represe rychlost degradace závisí na konc. substrátů, koenzymů, iontů v buňce změna velikosti souboru reaktantů jiných než enzymů změna katalytické účinnosti enzymu
rozdělení enzymů do kompartmentů usnadňuje řízení metabolismu enzymy jsou řízeny lokálními konc. S, koenzymy, ionty některé enzymy regulované allosterickými efektory zpětnovazebná inhibice inhibice aktivity E konečným produktem E1 E2 E3 A B C D D inhibuje konverzi A na B negativní allosterický inhibitor (zpětnovazebný), D se naváže do allosterického místa E
reakční rychlost je vyjádřena jako změna koncentrace látky za jednotku času mol/l/s pro enzymově-katalytické reakce přeměna látkového množství substrátu za jednotku času katal (kat) = mol substrátu přeměněný enzymem za s v medicíně mkat, nkat mezinárodní jednotka IU = mmol substrátu / min.
stanovení enzymové aktivity nejčastěji je vyšetřována krev (sérum, plazma) zjištění přítomnosti a závažnosti tkáňového poškození jednotky: mkat/l (= katalytická koncentrace enzymu) enzym a-amyláza (AMS) alkalická fosfatáza (ALP) kreatinkináza (CK) laktátdehydrogenáza (LDH) alaninaminotransferáza (ALT) aspartátaminotransferáza (AST) poškozený orgán nebo tkáň pankreas kost, játra sval, srdce srdce, játra játra srdce, játra