Enzymy a hormony
Enzymy = biokatalyzátory jejich působení je umožněn souhrn chemických přeměn v organismu (metabolismus) jednoduché, složené bílkoviny globulární v porovnání s katalyzátory účinnější, netoxické, specifické, regulovatelné, pracují za mírných podmínek t = 20-40 o C, p = 0,1 MPa, ph ~ 7
Historie 1. Berzelius (1835) rozklad škrobu v bramborách 2. W.Kühne (1878) en zýme = v kvasnicích fermentace (ferment = enzym) 3. E. Buchner (1897) nebuněčné kvašení 1907 Nobelova cena 4. J. Sumner (1926) prokázána bílkovinná povaha enzymů Pozor! né vždy jen bílkovinná část
1833 amylasa ve sladu škrob dextrin - maltóza slinná amylasa ptyalin (α amylasa) 1836 žaludeční proteasa pepsin - dnes známo ~ 3 000 různých enzymů - odhad v lidské buňce ~ 50 000 enzymů T. Cech některé RNA enzymatické vlastnosti
Struktura enzymu globulární složená bílkovina (60-70 %) aktivní centrum - vazebné skupiny slabéinterakce, H-můstky, Van der Walsovy - katalyticky aktivní skupiny
Složen ení enzymu J. Sumner (1926) prokázána bílkovinná povaha enzymů Apoenzym Kofaktor prostetická skupina Holoenzym cytochromy - hem koenzym - odštěpitelný
Mechanismus účinku teorie komplementarity (E. Fischer 1984) teorie indukovaného přizpp izpůsobení Enzym
Jak enzym pracuje E A E + S ES = EP E + P t
Spřažen ení reakcí Reakce - katabolické (exergonické energeticky výhodné) - G - anabolické (endergonické energeticky nevýhodné) + G G = -49,4 kj/mol G -29,3 29,3 G = 12,6 kj/mol kj/mol Obrázek byl převzat z knihy: Biochemie, Jaroslav Odstrčil, Brno 2005 Obrázek převzat z knihy: Základy buněčné biologie, Bruce Alberts, Dennis Bray, a další, nakladatelství ESPERO
Lokalizace a formy enzymů intracelulárn rní extracelulárn rní (v tkáňových kapalinách, trávící šťávy, krev, mozkomíš íšní mok a.j.) neaktivní formy enzymů: proenzymy, zymogeny Pepsinogen + HCl pepsin MW = 40 000 MW = 35 000
Izoenzymy katalyzují reakci stejného substrátu tu rozdílná strukturu, MW odolnost vůčv ůči i teplotě Laktátdehydrogen tdehydrogenáza (LDH) - tetramer dvou druhůčástic (M a H) 5 izoenzymů LD1-LD5 LD5
Názvosloví enzymů triviáln lní názvosloví - koncovka in (pepsin, trypsin) název substrátu tu + koncovka áza (alkoholdehydrogenáza) systematické názvosloví charakterizuje katalyzovanou reakci L-laktát + NAD + pyruvát + NADH + H + enzym: L-laktL laktát: t: NAD + -oxidoreduktáza Doporučený název: n laktátdehydrogen tdehydrogenáza
V roce 1961 International Union of Biochemistry doporučila systematickou klasifikaci enzymů podle typu chemické reakce, kterou daný enzym katalyzuje 6 tříd t d enzymů. Každý enzym - Kódové číslo: E.C.1.1.1.27 = LDH Třídy enzymů 1) Oxidoreduktázy 2) Transferázy 3) Hydrolázy 4) Lyázy 5) Izomerázy zy 6) Ligásy
Třídy enzymů 1. OXIDOREDUKTÁZY - katylyzují oxidačně-redukční reakce, - složené bílkoviny - oxidačně-redukční děje se realizovány buď: přenosem atomů VODÍKU - dehydrogenázy nebo ELEKTRONŮ - transelektronázy
2. TRANSFERÁZY - realizují přenos skupin CH 3, -NH 2,... v aktivované formě z jejich donoru na akceptor - mají povahu složených bílkovin - dělí se na podtřídy dle charakteru přenášených skupin: - aminotransferázy, - transmetylázy, - transacylázy, Třídy enzymů - transglykosidázy
Třídy enzymů 3. HYDROLÁZY - hydrolyticky štěpí vazby, které vznikly kondenzací - například PROTEASY štěpí peptidickou vazbu v molekule proteinů a peptidů - LIPÁSY, PEPTIDÁZY, ESTERÁZY, GLYKOSIDÁZY 4. LYASY - katalyzují nehydrolytické štěpení a vznik vazeb C-C, C-O, C-N
5. ISOMERAZY - realizují vnitromolekulární přesuny atomů a jejich skupin vzájemné přeměny isomerů - nejméně početná třída - typ jednoduchých bílkovin - dělení na podtřídy podle typu isomerie: - cis/trans-izomerázy - epimerázy - mutázy - racemázy Třídy enzymů
6. LIGASY (SYNTHETASY) - katalyzují vznik energeticky náročných vazeb za současného rozkladu ATP - málo početná třída uplatňuje se při biosyntézách - povaha složených bílkovin - dělení podle vytvářených vazeb: - KYNÁZY Třídy enzymů
Vyjadřov ování katalytické účinnosti (aktivity) enzymů katal množství katalyzátoru, který přemění za 1 s 1 mol substrátu. V praxi µkat a nkat. Mezinárodní jednotka U [µmol/min] 1kat = 6.10 7 U - někdy uváděna jako číslo přeměny (turnover number) n molekul substrátu/s/1 molekulu enzymu. Acetylcholin esteráza 25 000 molekul acetylcholinu / s Karbonátdehydrogenáza 600 000 molekul H 2 CO 3 / s K M Michaelisova konstanta (Michaelis-Mentenové konstanta) = konc. substrátu při ½V max [mol/l] SATURAČNÍ KŘIVKA
Podmínky enzymové aktivity teplota: rychlost všech v reakcí vzrůst stá až do 55-60 o C optimáln lní ph - disociace skupin aktivního centra (pepsin 1,5-2,5, trypsin 7,5-10) přítomnost aktivátor torů otrava enzymů vysvětlit!
Inhibice enzymových reakcí látky ovlivňuj ující rychlost reakce působenp sobením m na enzymy = efektory (aktivátory, tory, inhibitory) 1) kompetitivní inhibice inhibitor velmi podobný substrátu, tu, reverzeibilní 2) nekompetitivní inhibice změna konformace aktivního místa, m nebo jeho ireverzibilní obsazení 3) inhibice substrátem tem nevázání více molekul substrátu tu do aktivního centra 4) inhibice produktem - 5) alosterická inhibice vazba na alosterické místo, změna konformace aktivního centra
Využit ití v enzymů v praxi - diagnostická a prognostická pomůcka - k léčebným zásahz sahům m (proteolytické enzymy) - v potravinářstv ství výroba sýra, kvasné procesy - součást st pracích ch práš ášků (amylasy, lipasy) - molekulárn rní biologie - práce s DNA. Některé důležité enzymy stanovované v klinické biochemii Enzym α-amyláza (AMS) alkalická fosfatáza (ALP) kreatinkináza (CK) laktátdehydrogenáza (LD) alaninaminotransferáza (ALT) aspartátaminotransferáza (AST) Poškozený orgán nebo tkáň pankreas kost, játra sval, srdce srdce, játra játra srdce, játra