Důležité termíny enzymologie Kurz 2 / 210 Vladimíra Kvasnicová
Biochemické reakce jsou katalyzovány enzymy: Enzymy se běžně pojmenovávají podle: a) typu chemické reakce b) typu substrátu Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)
ENZYMY Žádanka na biochemické vyšetření: http://spch.cz/kliniky/kbi/laboratorni_prirucka/zadanka_biochemie.pdf (prosinec 2006)
srdeční enzymy Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
zkratky enzymů běžné v medicíně př. LD, ALT, ALP staré triviální názvy * bez vztahu ke katalyzované reakci * koncovka -in (pepsin, trypsin) * používají se pro enzymy objevené již dávno (dlouho používané názvy)
IUBMB nomenklatura enzymů EC nomenklatura http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ * každý enzym má své EC číslo (Enzyme Commission of IUBMB) 6 tříd enzymů: EC 1.x.x.x EC 2.x.x.x EC 3.x.x.x EC 4.x.x.x EC 5.x.x.x EC 6.x.x.x oxidoreduktázy transferázy hydrolázy lyázy izomerázy ligázy (syntetázy) vychází z typu enzymem katalyzované reakce
ukázka: IUBMB Enzyme Nomenclature EC 2.7.1.1 Accepted name: hexokinase Reaction: ATP + D-hexose = ADP + D-hexose 6-phosphate Other name(s): hexokinase type IV glucokinase; hexokinase D; hexokinase type IV; hexokinase (phosphorylating); ATP-dependent hexokinase; glucose ATP phosphotransferase Systematic name: ATP:D-hexose 6-phosphotransferase Comments: D-Glucose, D-mannose, D-fructose, sorbitol and D- glucosamine can act as acceptors; ITP and datp can act as donors. The liver isoenzyme has sometimes been called glucokinase. Příklad odkazu z databáze enzymů: http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ec2/7/1/2.html
systematické názvy tvoří se podle specifických pravidel, specifikují reakci katalyzovanou enzymem příklad: ATP : D-glukóza fosfotransferáza (EC 2.7.1.2) přenáší (2) fosfát (7) na alkoholovou sk. (1) ATP + D-Glc ADP + D-Glc-6-fosfát (Glc-6-P) * doporučený název: EC 2.7.1.2. = glukokináza
enzymy: oxidoreduktázy (EC 1.x.x.x) rozlišujte: disociaci / ph / kyselost / H + / H 3 0 + dehydrogenaci / H / H 2 oxidace / redukce (ionty, organické sloučeniny) redoxní ekvivalenty FADH 2 NADH+H + NADPH+H+
FAD (oxidovaná forma) FADH 2 (redukovaná forma) http://biochem.siuc.edu/web_lessons/bmb_vit.htm
http://dolly.biochem.arizona.edu/bioc462b_honors_spring_2009/kyang/whatisnad2.html
doporučené názvy (= akceptované) * jednodušší než systematické, běžně se používají velmi důležité! 1. oxidoreduktázy: A ox + B red A red + B ox * dehydrogenáza (H - nebo H) * reduktáza * oxidáza * peroxidáza (různé peroxidy) * oxygenáza (O 2 ) * hydroxyláza (= monoxygenáza; -OH) * desaturáza (-CH 2 CH 2 - -CH=CH-)
enzymy přenášející skupiny = transferázy (EC 2.x.x.x) přenáší NH 2, fosfát, acyl, C 1 -fragmenty,... rozlišujte: acyl odvozený od kyseliny anion kyseliny 2. transferázy: A-x + B A + B-x * skupinatransferáza (př. aminotransferáza) * kináza (= fosfotransferáza) * fosforyláza * transketoláza * transaldoláza
enzymy katalyzující hydrolýzu = hydrolázy (EC 3.x.x.x) dvojice reakcí: kondenzace / hydrolýza 3. hydrolázy: A-B + H 2 O A-H + B-OH * esteráza (R 1 -CO-O-R 2 ) * fosfatáza (fosfát-o-r) P i!!! * fosfodiesteráza (R 1 -O-fosfát-O-R 2 ) * nukleáza, peptidáza, glykosidáza, lipáza
enzymy katalyzující odstranění nebo přidání malé molekuly = lyázy (EC 4.x.x.x) adice / eliminace vody = hydratace / dehydratace dekarboxylace = odštěpí CO 2 (zkrátí molekulu o 1 C) 4. lyázy: A-x B + x * dekarboxyláza ( CO 2 ) * dehydratáza ( H 2 O) * hydratáza (-CH=CH- + H 2 O -CH(OH)-CH 2 -) * (syntáza)
enzymy katalyzující izomeraci = izomerázy (EC 5.x.x.x) izomery = sloučeniny o stejném molekulárním vzorci, liší se strukturou např. C 6 H 12 O 6 glukóza / fruktóza 5. izomerázy: A izo-a * epimeráza (monosacharid jeho epimer) * mutáza (změna polohy fosfátové skupiny v molekule)
enzymy katalyzující syntetickou reakci, pro níž je nezbytná energie z makroergní sloučeniny = ligázy (EC 6.x.x.x) 6. ligázy: A + B + ATP A-B + ADP + P i * syntetáza (někdy i syntáza!) * karboxyláza příklady: glutaminsyntetáza dnes doporučeno: glutamát-amoniak ligáza pyruvátkarboxyláza
Kofaktory enzymů oxidoreduktázy: NAD + nikotinamidadenindinukleotid NADP + nikotinamidadenindinukleotid fosfát (prekurzor: niacin = kyselina nikotinová) H - FAD flavinadenindinukleotid FMN flavinmononukleotid (prekurzor: riboflavin = vitamin B2) 2 H hem Fe 3+ + e - Fe 2+ e -
transferázy: ATP adenosinetrifosfát / fosfát GTP guanosintrifosfát / fosfát TDP thiamindifosfát / C-fragment (prekurzor: thiamin = vitamin B1) PALP pyridoxalfosfát / -NH 2 (prekurzor: pyridoxin = vitamin B6) THF tetrahydrofolate / C1-fragment (prekurzor: kyselina listová) CoA PAPS koenzym A (HS-Co-A) / acyl fosfoadenosinfosfosulfát / sulfát
3 -fosfoadenosin-5 -fosfosulfát (PAPS) přenáší sulfát do substrátu při konjugačních reakcích (sulfatace) Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/amino-acid-metabolism.html (leden 2007)
Koenzym A = CoA-SH Obrázky převzaty z http://lxyang.myweb.uga.edu/bcmb8010/pic/nad+.gif a http://oregonstate.edu/instruct/bb450/stryer/ch14/slide26.jpg (leden 2008)
Deriváty tetrahydrofolátu Obrázek převzat z http://www.dentistry.leeds.ac.uk/biochem/postgrad/thftypes.gif (leden 2008)
lyázy: PALP pyridoxalfosfát (dekarboxylázy) ligázy: ATP adenosintrifosfát acyl-coa-syntetázy aminoacyl-trna-syntetázy biotin = vitamin H (karboxylázy)
Určete třídu každého z uvedených enzymů AST ALT GMT ALP ACP AMS LPS CK CHE LD aspartát aminotransferáza alanin aminotransferáza gamma-glutamyl transpeptidáza alkalická fosfatáza kyselá fosfatáza α-amyláza lipáza kreatin kináza cholinesteráza laktát dehydrogenáza
Enzymy snižují aktivační energii reakce (E A ) zkracují čas dosažení rovnovážných koncentrací se nespotřebovávají, z reakce vycházejí nezměněny umožňují uskutečnění reakce při T, p a ph lidského těla jsou specifické mohou být regulovány nemění G dané reakce nemění rovnovážné koncentrace
Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/enzymology.htm (prosinec 2006)
Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
Každý enzym má teplotní optimum ph optimum určitou afinitu k substrátu Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/biol2050/ch1-13/jpegart1-13/05jpeg/05_jpeg_html/index.htm (prosinec 2006)
Některé enzymy jsou produkovány ve formě prekurzorů (= PROENZYMY nebo ZYMOGENY) Obrázek převzat z : http://wine1.sb.fsu.edu/bch4053/lecture26/zymogen.jpg (prosinec 2006)
Izoenzymy (izozymy) jsou enzymy, které katalyzují stejnou reakci, ale liší se strukturou a fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Izoenzymy jsou kódovány různými geny (= pravé izoenzymy) nebo vznikají různou posttranslační modifikací (= izoformy) se nachází v různých kompartmentech buňky se nachází v různých tkáních organismu mohou být oligomery různých podjednotek
př. 5 izozymů (různý poměr jednotlivých monomerů) Obrázek převzat z http://wine1.sb.fsu.edu/bch4053/lecture26/isozymes.jpg (prosinec 2006)
Alosterický enzym: a) monomerní, b) oligomerní Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
Alosterický enzym v T a R konformaci: modulátory ovlivňují rovnováhu reakce inhibitory mají vyšší afinitu k T-konformaci (inaktivní forma enzymu) aktivátory a substráty mají vyšší afinitu k R-konformaci (aktivní forma enzymu) Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2
Stanovení aktivity enzymů z diagnostických důvodů nejčastěji je vyšetřována krev (sérum, plazma) zjištění přítomnosti a závažnosti tkáňového poškození jednotky: µkat/l (= katalytická koncentrace enzymu) kat = katal 1 katal = 1 mol substrátu přeměněný enzymem za 1 sec. 1 µkat = 10-6 kat
Enzymy nacházející se v plazmě: a) enzymy specifické pro plazmu (př. srážecí faktory) b) sekreční enzymy (př. amyláza, lipáza) c) buněčné enzymy Důležité je znát: 1) intracelulární lokalizaci enzymů 2) distribuci enzymů v orgánech a tkáních 3) zdroj enzymů nacházejících se v plazmě 4) cesty eliminace enzymů z krve
Enzymová kinetika activita, jednotky 1 katal = 1 mol substrátu přeměněný enzymem za 1 sec. 1 IU = 1 µmol substrátu přeměněný enzymem za 1 min. 1 katal = 1 mol / 1 sec. = 10 6 µmol / 1 sec. = 60 x 10 6 µmol / 1 min (= 60 sec.) 1 katal = 6 x 10 7 IU
Aktivita se vztahuje na konstantní koncentraci enzymu: [E] = konstantní Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)
! DŮLEŽITÉ! Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)
Kinetika Michaelis-Mentenové průběh křivky (hyperboly) může být popsán rovnicí: Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)
K m popisuje afinitu enzymu k danému substrátu! nepřímá úměrnost! Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)
linearizace hyperboly (reciproké hodnoty): y = k x + q Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)
Obrázek převzat z http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/gk3x15.gif (prosinec 2006)
Inhibice enzymů Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/biol2050/ch1-13/jpegart1-13/05jpeg/05_jpeg_html/index.htm (prosinec 2006)
1) Kompetitivní inhibice inhibitor je strukturně podobný substrátu váže se do aktivního centra, ale není enzymem přeměňován zvyšuje K m ( afinity enzymu k substrátu) zvýšením koncentrace substrátu lze inhibici potlačit inhibice je vratná Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)
2) Nekompetitivní inhibice inhibitor se váže na jiné místo enzymu než substrát inhibici nelze potlačit zvýšením koncentrace substrátu (nemění se K m ) V max klesá (protože došlo ke snížení aktuální koncentrace aktivního enzymu) vratná pouze pokud se inhibitor neváže na enzym kovalentně Obrázek převzat z http://www.steve.gb.com/science/enzymes.html (prosinec 2006)
Shrnutí inhibice enzymu Obrázek převzat z http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/biologypages/e/enzymekinetics.html (prosinec 2006)
Některé enzymy mohou být také inhibovány nadbytkem substrátu Obrázek převzat z http://www-biol.paisley.ac.uk/kinetics/chapter_3/chapter3_6_1.html (prosinec 2006)
Inhibice léky a jedy a) vratná (reverzibilní) nebo b) nevratná (ireverzibilní) inhibitor se váže na enzym kovalentně (pevně)
Inhibice jako regulace metabolických drah inhibice produktem nebo meziproduktem a) inhibice zpětnou vazbou (feedback regulace) b) zkřížená regulace c) regulace krokem vpřed (feedforward regulace) inhibice d) reverzibilní kovalentní modifikací (př. fosforylace / defosforylace enzymu)
Reverzibilní kovalentní modifikace: A) fosforylace proteinkinázou defosforylace proteinfosfatázou B) fosforylovaný enzym je buď aktivní nebo inaktivní (různé enzymy jsou ovlivňovány různě) Obrázek převzat z http://stallion.abac.peachnet.edu/sm/kmccrae/biol2050/ch1-13/jpegart1-13/05jpeg/05_jpeg_html/index.htm (prosinec 2006)
Inhibice enzymů využívaná při regulacích je buď kompetitivní (K m se zvyšuje nad koncentraci substrátu, který je v buňce k dispozici) nebo alosterická (dochází ke konformační změně ovlivňující aktivní centrum enzymu)
Alosterická regulace aktivátor je pozitivním modulátorem inhibitor je negativním modulátorem! Křivka alosterických enzymů je sigmoidální, ne hyperbolická! Obrázek převzat z http://www-biol.paisley.ac.uk/kinetics/chapter_5/chapter5_2_2.html (prosinec 2006)
SOUHRN Regulace aktivity enzymů dostupnost substrátu a jeho koncentrace indukce syntézy regulačního enzymu aktivace prekurzorů enzymu kovalentní modifikace enzymů kompetitivní inhibice alosterická regulace