Regulace enzymové aktivity MUDr. Martin Vejražka, PhD. Tato prezentace je přístupnp stupná on-line CHE1.LF1.CUNI.CZ Prezentace
Regulace enzymové aktivity Organismus NENÍ rovnovážná soustava Rovnováha = smrt Život: homeostáza, ustálený stav
Katalýza v uzavřen ené soustavě bez katalyzátoru toru rovnováha se ustavuje pomalu (ale ustaví se)
Katalýza v uzavřen ené soustavě s katalyzátorem torem ustaví se stejná rovnováha jako bez katalyzátoru, toru, ale mnohem rychleji
Otevřen ená soustava Veličiny iny jsou konstantní, ale nejde o rovnováhu ustálený stav (steady-state) state) homeostáza regulace měním hodnotu (nejen čas, za nějžn se jíj dosáhne)
Regulace enzymů Mění koncentraci látekl Reaguje na spotřebu na dodávku
Regulace enzymů Porucha regulace je příčinou p onemocnění kinázy a fosfatázy: nádorovn dorová onemocnění nadbytek nějakn jaké látky (cholesterol ateroskleróza, kys. močov ová dna )
Parametry používan vané v klinice či konc. nějakn jaké látky způsobeno / tvorby / odstraňov ování nebo měří se aktivita nějakn jakého enzymu
Léky Velkáčást lékůl působí prostřednictv ednictvím změny aktivity (většinou inhibice) nějakého enzymu kys. acetylosalicylová simvastatin allopurinol omeprazol sildenafil vinkristin tetracyklin sulbaktam atorvastatin enalapril kotrimoxazol
Enzymy a lékyl Aktivita některých n enzymů dramaticky měním účinnost lékůl cytochrom P450 konjugace acetylace
Člověk k a bakterie Jednobuněč ěčné organismy Mnohobuněč ěčné organismy regulace na buněč ěčné úrovni regulace na buněč ěčné úrovni hormonáln lní regulace nervová regulace
Ovlivnění aktivity enzymu Koncentrace enzymu Nabídka substrátu, tu, dostupnost koenzymů, množstv ství produktu Katalytická účinnost
Regulace enzymu regulace genové exprese regulace konverze proenzymu regulace katalytické účinnosti regulace degradace enzymu proenzym ENZYM substrát produkt nabídka substrátu tu dostupnost koenzymů odčerp erpávání produktu Martin Vejražka, 2007
Koncentrace enzymu
Koncentrace enzymu Tvorba exprese genu konverze proenzym enzym sestavení podjednotek Degradace
Indukce a represe regulace genové exprese regulace konverze proenzymu regulace katalytické účinnosti regulace degradace enzymu proenzym ENZYM substrát produkt nabídka substrátu tu dostupnost koenzymů odčerp erpávání produktu Martin Vejražka, 2007
Indukce indukovatelný enzym konstitutivní enzym indukce bazální aktivita
Indukce enzymu Odbourávání ethanolu OH O O H 3 C CH 2 H 3 C C H 3 C C ethanol acetaldehyd H acetát O 1. alkoholdehydrogenáza a aldehyddehydrogenáza - konstitutivní enzymy 2. MEOS - inducibilní systém
Represe represe produktem represe katabolitem
Konverze proenzymu regulace genové exprese regulace konverze proenzymu regulace katalytické účinnosti regulace degradace enzymu proenzym ENZYM substrát produkt nabídka substrátu tu dostupnost koenzymů odčerp erpávání produktu Martin Vejražka, 2007
Konverze proenzymu např.. cílenc lená proteolýza koagulační kaskáda aktivace trávic vicích ch enzymů
Koagulační kaskáda XII XIIa XI XIa IX IXa + VIIIa VIIa III VII vnitřní X Xa + Va zevní II IIa XIIIa I Ia fibrinová síť společný
Degradace enzymu regulace genové exprese regulace konverze proenzymu regulace katalytické účinnosti regulace degradace enzymu proenzym ENZYM substrát produkt nabídka substrátu tu dostupnost koenzymů odčerp erpávání produktu Martin Vejražka, 2007
Degradace enzymu Často zález leží na konformaci bílkovinyb Molekuly enzymu s navázaným substrátem tem bývají chráněny ny
Degradace enzymu Grapefruitová šťáva významně zvyšuje degradaci střevn evního cytochromu P450 aktivita enzymu se sníží o polovinu během několika n hodin zvýší se dostupnost a účinek mnoha léků
Nabídka substrátů
Koncentrace složek reakce regulace genové exprese regulace konverze proenzymu regulace katalytické účinnosti regulace degradace enzymu proenzym ENZYM substrát produkt nabídka substrátu tu dostupnost koenzymů odčerp erpávání produktu Martin Vejražka, 2007
Kompartmentace různá koncentrace substrátů různá regulace isoenzymů cytozolový izoenzym člunky pro substrát mitochondriáln lní izoenzym
Kompartmentace Tvorba makromolekulárn rních komplexů enzymů předávání produktů substr substrátů, vysoké lokáln lní koncentrace přenos konformačních změn
Koncentrace substrátu tu koncentrace substrátu tu koncentrace volného substrátu tu
Katalytická účinnost
Regulace katalytické účinnosti regulace genové exprese regulace konverze proenzymu regulace katalytické účinnosti regulace degradace enzymu proenzym ENZYM substrát produkt nabídka substrátu tu dostupnost koenzymů odčerp erpávání produktu Martin Vejražka, 2007
Katalytická účinnost Inhibitory v regulaci metabolismu nebývají,, ale: léky, jedy Alosterická modifikace Kovalentní modifikace Interakce mezi podjednotkami
Inhibitory lat. in + habeō = držím m v rukou, na uzdě Kompetitivní soutěž ěží se substrátem tem Ostatní nekompetitivní,, akompetitivní,, smíš íšené (nebudeme rozlišovat) ovat)
Kompetitivní inhibice Inhibitor často strukturně podobný substrátu tu Účinek zález leží na poměru koncentrací poměru afinit Reverzibilní
Kompetitivní inhibitory v Kontrola Komp. inh. [S]
Kompetitivní inhibice N H N HO N H N N N xantinoxidáza N N OH OH hypoxantin OH kyselina močov ová N H N N N OH alopurinol
Nekompetitivní inhibice Inhibitor se substrátem tem nesoutěž ěží Snížen ení koncentrace funkčního enzymu Reverzibilní Ireverzibilní
Nekompetitivní inhibitory v Kontrola Nekomp. inh. [S]
Nekompetitivní inhibice O OH OH kys. salicylová O OH O O O + HO H 2 C CH C R O O H 2 C CH C R O kys. acetylosalicylová R Ser Obrázky z webu firmy Bayer Health Care: http://www.aspirin.cz/aspirin/world/history/1/index.asp (11/2007) R
Alosterické modifikátory Nejsou strukturně podobné substrátům m / koenzymům Váží se na místm stě vzdálen leném aktivnímu centru Mění konformaci enzymové molekuly
Alosterické inhibitory enzym substrát alosterický inhibitor
Alosterické inhibitory enzym substrát alosterický inhibitor
Alosterická regulace makromolekula Zpětnovazebný inhibitor je často poslední nízkomolekulární látka před p makromolekulou
Alosterická regulace makromolekula Obvykle se reguluje první prakticky nevratná reakce
Alosterická regulace
Vícenásobná zpětn tná vazba Kumulativní účinek modifikátor torů se sčítás Multivalentní jeden zpomalí,, dva zastaví Kooperativní mezi tímt
Saturace alosterického enzymu v Kooperativita Kontrola Aloster. inh. [S]
Kooperace substrátů
Kooperace substrátů
Kooperace substrátů
Kooperace substrátů
Kooperativita Málo substrátu: tu: šetří se v Kontrola Aloster. inh. Hodně substrátu: tu: uklízí se [S]
Alosterická inhibice v v Kontrola Aloster. inh. Kontrola Aloster. inh. [S] [S] K-typ V-typ
Kovalentní modifikace enzymů Reverzibilní fosforylace OH skupin Mimo aktivní centrum Kinázy (vnáš ášejí fosfát t z ATP) Ser, Thr Tyr Fosfataázy (defosforylace hydrolýza esterové vazby)
Fosforylace a defosforylace Ser Thr Tyr HO CH 2 OH CH 3 CH C HO CH OH HO CH 2 OH H 2 N O CH C CH C ATP P i ATP H 2 N P i O ATP P i H 2 N O ADP H 2 O ADP H 2 O ADP H 2 O - O O - P O O H 2 N CH 2 CH C OH O - O O - P O O CH 3 CH CH H 2 N C OH O - O O - P O O H 2 N CH 2 CH C OH O
Fosforylace nervová a hormonáln lní regulace ATP ATP ATP ATP
Jiné kovalentní modifikace acetylace ribosylace sulfatace isoprenylace
Sestavování podjednotek (interakce protein-protein) protein) Katalytická podjednotka Regulační podjednotka vazba camp kalmodulin váže e Ca 2+ G-proteiny vazba GTP/GDP