EZYMLGIE Pracovní sešit k přednáškám z biochemie pro studenty biologických kombinací II ZDEĚK GLATZ 2004
Katalýza - Berzelius 1838 2 EZYMLGIE katalyzátor - látky urychlující chemické reakce - nemění rovnováhu chemických reakcí - snižují aktivační energii
3 Požadavky na biokatalyzátory : A. Reakce musí probíhat cíleně. B. Musí probíhat specificky. Jejich aktivita musí být přesně regulovaná Biokatalyzátory : globulární bílkoviny RA - ZE a ALTMA (1986) istorie poznání enzymů 1878 - KUE - EZYM - En Zyme - v kvasnicích 1860 - PASTEUR - vis vitalis - životní síla v kvasinkách - LIEBIG - fermenty - chemické látky 1897 - BUER - extrakt kvasinek katalyzuje kvašení 1926 - SUMER - bílkovinná povaha enzymů - ureasa Enzymologie : studium struktury enzymů studium kinetiky enzymových reakcí studium reakčních mechanismů studium forem a lokalizace enzymů studium vztahu enzymů k patologii organismů praktické využití enzymů příprava a studium umělých enzymů ázvosloví
4 1. triviální - trypsin, pepsin, ptyalin 2. název substrátu + asa - lipasa, amylasa reakce + asa - oxidasa, hydrolasa 3. substrát + reakce - alkoholdehydrogenasa substrát 1 + substrát 2 + reakce - alkohol: AD-oxidoreduktasa Enzymová nomenklatura IUB 1961 - nejnovější 1984 1. XIDREDUKTASY - oxidačně redukční reakce - alkoholdehydrogenasa 2. TRASFERASY - přenos skupin - aspartátaminotransferasa 3. YDRLASA - hydrolytické štěpení (+ 2 ) - proteasy 4. LYASY - nehydrolytické štěpení (bez 2 ) - karbonátanhydrasa 5. IZMERASY - přesuny atomů a skupin - glukosafosfátizomerasa
5 6. LIGASY - vznik vazby za současného rozkladu ATP - asparaginsynthetasa E 1.1.1.27 1. 1. 1. 27 Enzyme ommission Třída - oxidoreduktasa Podtřída - skupina Podpodtřída -koenzym AD Číslo enzymu Vyjadřování aktivity enzymů : smluvené jednotky IU - International Unit - mezinárodní jednotka (IUB 1961) - počet mikromolů přeměněného substrátu za minutu kat - katal (IUB 1971) - počet molů přeměněného substrátu za sekundu Specifická aktivita - aktivita vztažená na mg bílkoviny Číslo přeměny - počet molů substrátu přeměněných molem enzymu za jednu sekundu
6 STRUKTURA EZYMŮ EZYMY jednoduché složené KFAKTR + APEZYM LEZYM Kofaktor - kovový ion nebo organická látka METALEZYMY kovový ion Zn 2+ Mg 2+ Mn 2+ Fe 2+, Fe 3+ u 2+, u + enzym alkoholdehydrogenasa alkalická fosfatasa karbonátanhydrasa fosfohydrolasy fosfotransferasy arginasa cytochromy peroxidasa katalasa tyrosinasa diaminoxidasa
7 prostetická skupina - kovalentní vazba RGAIKÁ LÁTKA koenzym - disociabilní KFAKTRY A VITAMIY VITAMI - FUK - amin potřebný pro život Vitamin Kofaktor Funkce rozpustné ve vodě thiamin - B 1 riboflavin - B 2 k.nikotinová(nikotinamid) k.pantothenová k.listová pyridoxin - B 6 kobalamin - B 12 k.askorbová - biotin - k. lipoová thiamindifosfát TPP FM, FAD AD +, ADP oa k.listová pyridoxalfosfát kobalamin k.askorbová biotin k. lipoová přenos (reakce) aldehydické s. acylové s. 1 skupin aminoskupiny izomerace hydroxylace rozpustné v tucích karotenoidy - A kalciferoly - D tokoferoly - E maftochinony - A proces vidění metabolismus a antioxidans srážení krve
8 IKTIAMIDVÉ KEZYMY k. nikotinová nikotinamid 2 + 2 AD + 2 P P 2 - - 2 + 2 ADP + 2 P P 2 - - 2 - P - + 2 + 2 [] - 2 [] 2 + + 3 2 + AD(P) + 3 + AD(P) + +
9 FLAVIVÉ KEZYMY 3 3 riboflavin 2 2 3 3 FM 2 2 - P - FAD 3 3 2 2 2 P - P - 2 3 + 2 [] 3 3-2 [] 3
10 S S k.lipoová + 2 [] - 2 [] S S 3 3 [ ] n ubichinon 3 + 2 e - - 2 e - 3 3. + 1 e - + 1 e - - 1 e - - 1 e - 3 3 - - 3 [ ] n 3 - [ ] n ferredoxiny ys ys S S S Fe Fe S S S ys ys hem Fe glutathion - 2 [] 2 GS GSSG + 2 []
11 ATP R P + P P Rib Ade P + P P +R S + 3 Rib Ade R R S 3 2 - P - P P 2 - - R R R P P + P Rib Ade P P + R P Rib Ade S - aktivní sulfát 2 P - 2 P - - adenosylmethionin - 3 + S + 2 2 3 2
12 biotin - + 2 + ATP S S tetrahydrolistová k. 2 2 2 2 methylentetrahydrolistová k. methenyltetrahydrolistová k. 2 2 + 2 2 2 thiamin 3 2 2 + 3 S 2 2 + 3 2 S 3 2 P P
13 koenzym A - oa - oas 2 2 2 3 3 2 P - P - 2 S 2 2 oas + R oas R + 2 pyridoxalfosfát R - P 2 + R 2 3 - P 2 3 cytidindifosfát 2 3 3 + 2 2 3 P - P - 2 2 uridindifosfát P P - - 2
14 Lyasy a ligasy - bez kofaktoru nebo již popsaným kofaktorem TPP ydrolasy - bez kofaktoru Izomerasy - většinou bez kofaktoru nebo kobalamin, Regenerace kofaktorů 1. Prostetická skupina se regeneruje na téže enzymové bílkovině : alanin PLP k.glutamová pyruvát PLP 2 k.ketoglutarová 2. Koenzym se odštěpí napojí se na jiný apoenzym a regeneruje se v jiné enzymové reakci : alkohol + AD + aldehyd + AD pyruvát + AD laktát + AD + Enzymové bílkoviny monomerní oligomerní multienzymové komplexy Aktivní místo enzymů Aminokyseliny katalytické vazebné strukturní
15 Fischer - 1894 - teorie o zámku a klíči Koshland - 1959 - teorie indukovaného přizpůsobení
16
17 Specifita enzymové reakce specifita reakční - účinku - jaká reakce proběhne specifita substrátová - absolutní - skupinová - stereospecifita EZYMVÁ KIETIKA BRW 1902 Reakce s jedním substrátem MIAELIS METEVÁ 1913 a) závislost počáteční rychlosti na koncentraci enzymu v o [E]
18 b) závislost počáteční rychlosti na koncentraci enzymu V v o V/2 [S] Rovnice Michaelis Mentenové v - počáteční reakční rychlost v = V. [S] Km + [S] V - maximální (limitní) reakční rychlost Km - Michaelisova konstanta [S]>>Km v = V. [S] = V [S] v = V. [S] Km + [S] [S]<<Km v = V. [S] Km = konst.[s]
19 Stanovení Km : LIEWEAVER BURKE 1/v o sm = Km/V 1/V 1/Km 1/[S] 1 1 Km v = V + V 1 [S] Reakce se dvěma substráty Mechanismy - LELAD Sekvenční : a) náhodný A B P Q EA EAB EPQ EQ EB EBA EQP EP B A Q P
20 b) uspořádaný A B P Q EA EAB EPQ EQ Pingpongový A P B Q EA EP F FB EQ Látky ovlivňující činnost enzymů Látky ovlivňující činnost enzymů aktivátory inhibitory Aktivátory - zvyšují rychlost enzymové reakce Inhibitory - snižují rychlost enzymové reakce Ireverzibilní inhibice Inhibice E + I EI
21 Reverzibilní inhibice Kompetitivní inhibice E + I EI 1/v o 1/ V 1/ Km 1/ [S] 1/ Kmi Km i > Km V i = V ekompetitivní inhibice E + I EI EA + I EAI 1/v o 1/ V 1/ Vi 1/ Km Km i = Km V i < V 1/ [S]
22 Fyzikálně chemické faktory ovlivňující rychlost enzymové reakce Vliv p Aktivita p optimum p Vliv teploty log k teplotní optimum 1/ T
23 Regulace činnosti enzymu Regulace koncentrace enzymu Allosterická regulace MD 1963 Regulace zpětnou vazbou Regulace kovalentní modifikací Kompartmentace Využití enzymů bioanalytická chemie - stanovení substrátů - stanovení inhibitorů - nepřímé stanovení lékařství průmyslové využití průmyslové využití - prací prostředky - krmivářství - potravinářství - farmacie enzymová katalýza v organické chemie Synzymy Abzymy Umělé enzymy