4. Enzymy, funkce, biologický význam bst. ntu. edu

Prezentace na téma: "4. Enzymy, funkce, biologický význam bst. ntu. edu"— Transkript prezentace:

1 4. Enzymy, funkce, biologický význam http://juang. bst. ntu. edu

2 Biokatalyzátor (biocatalyst)
Katalyzátor biologického původu, typicky enzym.

3 Enzym (enzyme) Makromolekula, obvykle protein, často obsahující nebo vyžadující jeden nebo více kovových iontů, která působí jako (bio)katalyzátor zvýšením reakčního toku.

4 Enzym - makromolekula, obvykle protein, často obsahující nebo vyžadující jeden nebo více kovových iontů, která působí jako (bio)katalyzátor zvýšením reakčního toku. Enzym obecně katalyzuje pouze jeden typ reakce (reakční selektivita) a působí pouze na omezenou množinu substrátů (nebo jen na jeden substrát, substrátová selektivita). Molekuly substrátu se transformují na stejném místě (regioselektivita, regionální selektivita) a transformuje se pouze jeden substrát nebo preferenčně jeden z enantiomerů nebo chirálních substrátů nebo racemických směsí (enantioselektivita, speciální forma stereoselektivity).   Zdroj: Glossary of terms used in medicinal chemistry, IUPAC Recommendations 1998, Zdroj: Glossary of terms used in bioinorganic chemistry, IUPAC Recommendations 1997.

5 pevně (prostetická skupina).
Kofaktor (cofactor) Organická molekula nebo iont (obvykle iont kovu) který je nutný pro aktivitu enzymu. Připojen je buď volně (koenzym) nebo pevně (prostetická skupina).

6 Koenzym (coenzyme) Disociovatelná nízkomolekulární neproteinová organická látka (obvykle nukleotid), která se účastní enzymových reakcí jako akceptor nebo donor chemických skupin nebo elektronů.

7 Prostetická skupina (prostethic group)
Pevně vázaná specifická nepolypeptidová jednotka v proteinu určující a účastnící se jeho biologické aktivity

8 Vazebné místo (binding site)
Specifická oblast (nebo atom) molekulové entity, která je schopna vstoupit do stabilizující interakce s jinou molekulovou entitou.

9 Aktivní centrum (active center, active site)
Oblast enzymu, kde probíhá specifická reakce.

10 X Enzym Substrát Přechodový stav Produkt Pokud by enzym pouze vázal
substrát, žádná další reakce by neproběhla X Lehninger 課本上面 Stickase 的假想酵素，是一個極佳的例子，請多琢磨。 注意 Stickase 與基質結合區的外型，並非直接與基質成互補關係，而是與其『中間過渡』狀態有較佳的構形互補。另外，酵素與基質的結合區大多深陷入分子裡面，是酵素作用的一大優勢與特點。 Enzym nejen že rozpoznává substrát, ale také indukuje formování přechodového stavu Adapted from Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.252

11 Povaha enzymové katalýzy
● Enzym poskytuje katalytický povrch ● Tento povrch stabilizuje přechodový stav ● Transformuje přechodový stav na produkt B A 一般 催化劑的主要功能是提供一個表面空間，讓反應物在上面進行反應，而此表面可以提供一空間上的便利，使得反應物更容易轉變成生成物。在反應物轉變成生成物的過程，會有一介於兩者之間的中間過渡狀態，是整個催化反應最難達致的步驟，通常此一催化空間可以使得此過渡狀態更為穩定，更容易形成。 酵素也是一樣，酵素的活性區提供一個催化口袋，此口袋可以穩定中間過渡狀態的形成；也就是說，酵素可以使此過渡狀態比較容易形成，所需要的能量 (活化能) 比較低。 但請注意，單是有一個催化表面是不夠的，催化性抗體 (abzyme) 的例子可以說明此一問題所在。 B A Katalytický povrch Juang RH (2004) BCbasics

12 Enzym stabilizuje přechodový stav
Změna energie ST Energie potřebná bez katalyzování Pokles energie při katalyzování EST S ES P 有沒有 使用酵素催化的最大差別，在於過渡狀態的能量不同。由上圖可以看出在酵素催化下，到達過渡狀態的能量較低，也就是有酵素存在時，其過渡狀態比較容易形成。為什麼？最直接的原因是因為酵素可以穩定過渡狀態，因此反應物一下子就可跳到過渡狀態，然後很快以轉變成生成物。 那麼，為什麼酵素可以穩定過渡狀態？ EP Směr reakce T = Transition state Adapted from Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.166

13 Aktivní místo hluboce zanořená kapsa
Proč je energie požadovaná k dosažení přechodového nižší v aktivní m místě enzymu? Je to tajemná kapsa! (1) Stabilizuje přechod + (2) Odpuzuje vodu CoE (1) (2) (3) Reaktivní skupiny 酵素 活性區像一個魔術口袋，把反應物放進去後，就可以變成生成物出來。當然我們已經知道，這個口袋可以降低反應中間物的活化能，但它是如何做到的呢？ 本圖解提出四個可能的機制。 (1) 過渡狀態分子的構造中，經常都有相當高的局部電荷，而催化口袋內的適當位置上，剛好佈置有可以中和掉此局部高電荷的基團，因而得以穩定過渡狀態。 (2) 在水溶液中，許多離子間的鍵結或反應都會被水分子干擾，因此凹陷的催化口袋可以隔離大多數水分子，使得離子間的反應順利進行。 (3) 在活性區內的胺基酸基團，有些可以因為特別的空間排列，而使得原本反應性低的基團 (例如 Ser-OH)，因為附近其他基團的影響 (如 His 可奪取其 H+)，而變成具有高反應性的基團 (如 Ser-O-)。 (4) 活性區通常也是輔脢的結合區，輔脢分子都帶有強大的電荷基團，可以直接參與反應或者輔助反應進行。 (4) - (4) Spolupráce koenzymu (3) Juang RH (2004) BCbasics

14 Aktivní místo enzymu je hlubší než při vazbě protilátky
Naopak aktivní místo enzymu nejen že rozpozná substrát, ale také komplementárně umožňuje vznik přechodového stavu a stabilizuje ho. Vazebné místo antigenu se váže komplementárně na protilátku, bez další reakce. X 酵素 與抗體的最大不同點，在於兩者對目標的結合區構形不一樣。抗體只是很專一性遞與抗原結合了，再來就沒有進一步動作；酵素則不但與其基質結合，活化區口袋會誘導基質變成中間過渡狀態，然後很快轉成生成物。 Adapted from Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.252

15 Aktivní místo zabraňuje vlivu vody
+ - 活性區 深埋在內部的一個重要原因是，催化反應必須避開水分子，以免反應受到水合的干擾，產生適當的鍵結與質子或電子轉移 (水分子實在太厲害了)。 Odstranění vlivu vody umoňuje vznik stabilních iontových vazeb Adapted from Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.115

16 Reakce katalyzované enzymy
rychlosti enzymových reakcí jsou vyšší o 6 až 12 řádů než rychlosti odpovídajících reakcí bez katalyzátorů a nejméně o několik řádů vyšší, než odpovídajících reakcí katalyzovaných chemicky reakce probíhají za teplot pod 100 °C, při atmosférickém tlaku a při téměř neutrálních hodnotách pH reakce mají málokdy vedlejší produkty, enzymy mají vysokou specifitu k substrátům a tvoří mnohem specifičtější produkty katalytické schopnosti enzymů ovlivňují další sloučeniny (allosterická regulace, kovalentní modifikace enzymu)

17 Allosterický enzym (allosteric enzyme)
Enzym obsahující oblast, oddělenou od místa vazby substrátu, na niž se mohou vázat malé regulační molekuly (efektory) a ovlivňovat katalytickou aktivitu enzymu

18 Allosterický efektor (allosteric effector)
Specifická malá molekula, která se váže na apoprotein na odlišném místě než je katalytické místo a moduluje (aktivací nebo inhibicí) biologickou aktivitu.

19 Allosterický enzym (allosteric enzyme) - enzym obsahující oblast, oddělenou od místa vazby substrátu, na niž se mohou vázat malé regulační molekuly (efektory) a ovlivňovat katalytickou aktivitu enzymu. Efektory se označují jako aktivátory nebo deaktivátory (inhibitory). Efektorová molekula nemusí mít strukturální vztah k substrátu nebo může být druhou molekulou substrátu. Allosterická regulace je regulace aktivity alosterickým enzymem. Allosterická vazebná místa (allosteric binding sites) mohou obsahovat nejen enzymy, ale také receptory, důsledkem může být zvýšená nebo redukovaná interakce molekuly s normálním ligandem.

20 Enzymová indukce (enzyme induction) - proces, kdy se syntetizuje indukovatelný enzym jako odpověď na působení specifické molekuly induktoru. Induktorová molekula (obvykle substrát vyžadující katalytickou aktivitu indukovatelného enzymu k tomu, aby byl metabolizován) se obvykle kombinuje s represorem, což zabraňuje blokování operátoru represorem a výsledkem je translace genu pro enzym Proces, kdy se syntetizuje indukovatelný enzym jako odpověď na působení specifické molekuly induktoru

21 Situace při které je syntéze enzymu zabráněno molekulou represoru.
Enzymová represe (enzyme repression) - situace při které je syntéze enzymu zabráněno molekulou represoru. V mnoha případech působí koncový produkt řetězce syntézy (např. aminokyselina) jako zpětnovazební korepresor kombinací s intracelulárním aporepresorovým proteinem, takže tento komplex je schopen blokovat funkci operátoru. Výsledkem je zabránění transkripce do mRNA a exprese všech enzymů nezbytných pro syntézu koncového enzymu je ukončena. Situace při které je syntéze enzymu zabráněno molekulou represoru.

22 Enzymová kinetika

23 Enzymová kinetika Reakce katalyzované enzymy jsou saturovatelné (jako například membránový transport) Při vysokých koncentracích substrátu mají reakci kinetiku nultého řádu – nezávislou na koncentraci substrátu

24 E E E + + Teorie Steady State S P S Enzymová kinetika
由 Michaelis 與 Menten 的觀察證實了一個想法，就是酵素 [E] 與基質 [S] 一定要先結合在一起成為 [ES]，然後才能得到生成物 [P]。因此 [ES] 的生成速度與消失速度一樣，則反應液中的 [ES] 濃度為恆定，此稱為 Steady state theory。我們的確可以在實驗中，觀察到反應溶液中有穩定濃度的 [ES]。由此引發了整個酵素動力學的基本研究。 Ve steady state se udržuje stejný tok produkce a odčerpávání přechodového stavu, takže je konstantní koncentrace přechodového stavu. Juang RH (2004) BCbasics

25 Konstatntní koncentrace ES ve steady state
P 後來 的研究發現，確實有酵素與基質的結合體存在，此一結合體 ES 的濃度在整個反應過程中，呈現一平衡狀態。在酵素與基質剛混合後，尚未達到 ES 的平衡狀態時，特稱之為 pre-steady state。 ES E Reakční čas Juang RH (2004) BCbasics

26 Kinetika Michaelise a Mentenové
Závislost počáteční rychlosti konverze substrátu (S) na produkt (P) při enzymové nebo jiné katalyzované reakci. Nejjednodušší mechanismus   k k2 E + S ↔ ES ↔ E + P k k-2   dává při podmínkách počátečního steady state a při [P] = 0 rovnici Michaelise-Mentenové   V[S] ν = Km + [S]   kde ν je rychlost konverze (Ms-1), V = k2[E] je maximální tok při [S] = pro určitou koncentraci enzymu/katalyzátoru, k2 je číslo obratu (s-1) a Km = (k-1 + k2)/k1 je Michaelisova konstanta při použitých podmínkách. V případě, že enzym nebo katalyzátor není čistý, [E] se udává jako gl-1 místo M. Rovnice vede k hyperbolické závislosti ν na [S], která se v praxi pozoruje často a dokonce i když [S] není ve velkém nadbytku nad [E].

27 Enzymová inhibice Mnoho léků působí jako inhibitory enzymů
Inhibitory se váží reversibilně, inaktivátory ireversibilně Záleží na působení inhibitoru Kompetitivní inhibitory interferují s vazbou substrátu Snížení volného enzymu E –> EI Vysoká koncentrace substrátu zajistí, že se Vmax nezmění Nekompetitivní a smíšená inhibice – inhibitory se váží jak na E tak na ES Akompetitivní inhibitory se váží na ES komplex Snížení koncentrace ES–>ESI Vmax a Km jsou sníženy stejným faktorem

28 Enzyme Inhibition (Mechanism)
Competitive Non-competitive Uncompetitive E Substrate E X Cartoon Guide Compete for active site Inhibitor Different site E + S → ES → E + P + I ↓ EI ← ↑ E + S → ES → E + P I I ↓ ↓ EI + S →EIS ← ↑ E + S → ES → E + P + I ↓ EIS ← ↑ Equation and Description 酵素 的抑制劑有不同的抑制機制，通常依照抑制劑對酵素的結合方式，可分成兩大類。其一為競爭同一活性區 (competitive)，可以用提高基質濃度的方法來競爭；另一則是結合在活性區之外的地方，又可分成 non-competitive 及 uncompetitive 兩種。後面兩種抑制方式大致相同，因此有些課本也就不再細分，其差別在於基質的結合，會不會影響抑制劑的結合。雖然這幾種抑制方式，都是可逆反應，但只有 competitive 可以用提高基質的方式來對抗抑制。 [I] binds to free [E] only, and competes with [S]; increasing [S] overcomes Inhibition by [I]. [I] binds to free [E] or [ES] complex; Increasing [S] can not overcome [I] inhibition. [I] binds to [ES] complex only, increasing [S] favors the inhibition by [I]. Juang RH (2004) BCbasics

29 Enzyme Inhibition (Plots)
Competitive Non-competitive Uncompetitive Vmax Vmax Km [S], mM Vmax [S], mM vo vo Direct Plots Double Reciprocal Vmax’ I Km’ Vmax’ I I Km Km Km’ [S], mM = Km’ Vmax unchanged Km increased Vmax decreased Km unchanged Both Vmax & Km decreased 1/[S] 1/Km 1/vo 1/ Vmax I 1/vo 1/ Vmax 1/[S] 1/Km 1/[S] 1/Km 1/ Vmax 1/vo I Intersect at X axis I Two parallel lines 這些 抑制機制都可以用酵素動力學來描述，使用雙倒數作圖更可明顯地指出是屬於何種抑制方式。不過，以上三種作圖都是屬於最典型者，很多時候實驗所得到的作圖結果，可能會有混合型態出現，則是較為複雜的抑制機制，或者有其他的干擾因子在內。 Intersect at Y axis Juang RH (2004) BCbasics

30 Izoenzym (isoenzyme) Mnohočetné formy enzymů s rozdílnou primární strukturou determinovanou geneticky.

31 Izoenzymy mnohočetné formy enzymů s rozdílnou primární strukturou determinovanou geneticky katalyzují stejnou reakci mají odlišné fyzikální a chemické vlastnosti mohou pocházet z různých orgánů (například ALP), různých buněčných kompartmentů (AST) nebo i ze stejných buněčných komparmentů (LD) termín se nepoužívá v situacích, kdy dochází k modifikacím stejné primární sekvence (izoforma). izoformy naproti tomu pocházejí ze stejného genu, ale jsou výsledkem posttranslační modifikace molekul

32 Metaloenzym (metalloenzyme)
Enzym, který v aktivním stavu obsahuje jeden nebo více kovových iontů, které jsou nezbytné pro jeho biologickou funkci.

33 Multienzym (multienzyme)
Protein vykazující více než jednu katalytickou funkci příslušející odděleným částem polypeptidového řetězce (domény) nebo odlišnými jednotkami nebo obojím.

34 EC nomenklatura enzymů (EC nomenclature for enzymes) je klasifikace enzymů podle Enzyme Commission IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Enzymům jsou přidělena čtyři čísla, z nichž první definuje typ katalyzované reakce, další dvě definují substráty a čtvrté je katalogové číslo. Kategorie enzymů jsou EC 1, oxidoreduktázy, EC 2, transferázy, EC 3, hydrolázy, EC 4, lyázy, EC 5, izomerázy, EC 6, ligázy (syntetázy)

35 EC 1.x.x.x - oxidoreduktázy 
Oxidoreduktáza (oxidoreductase) je enzym, který katalyzuje oxidačně-redukční reakce. EC 2.x.x.x - transferázy  Transferáza (transferase) je enzym, který katalyzuje přenos skupiny z jednoho substrátu na jiný. EC 3.x.x.x - hydrolázy  Hydroláza (hydrolase) je enzym označovaný také jako hydro-lyáza, která katalyzuje hydrolýzu substrátu. EC 4.x.x.x - lyázy  Lyáza (lyase) je enzym, který katalyzuje separaci vazby v molekule substrátu. EC 5.x.x.x - izomerázy Izomeráza (isomerase) je enzym, který katalyzuje izomeraci substrátu. EC 6.x.x.x - ligázy Ligáza (ligase, syntetáza, synthetase) je enzym nazývaný rovněž syntetáza (synthetase), který katalyzuje tvorbu vazby mezi dvěma molekulami substrátu současně s hydrolýzou difosfátové vazby trifosfátu nukleosidu nebo podobného ko-substrátu.

36 Syntáza vs. syntetáza Syntáza (synthase) je enzym, který katalyzuje reakci, ve které se syntetizuje určitá molekula, nikoli nezbytně tvorbou vazby mezi dvěma molekulami (na rozdíl od syntetázy). Syntetáza (synthetase, ligáza, ligase) je enzym, který katalyzuje tvorbu vazby mezi dvěma molekulami substrátu  

37 Enzymy s významem v medicíně lze rozdělit na
enzymy specifické pro plazmu, buněčné enzymy a secernované enzymy.

38 Enzymy s významem v medicíně
Enzymy specifické pro plazmu pocházejí z různých orgánů (zejména jater) a vyskytují se v aktivní formě v krevní plazmě, která je jejich místem účinku. Patří sem například LCAT (lecitin-cholesterolacyltransferáza), koagulační enzymy (trombin, faktor XII, faktor X a další), fibrinolytické enzymy (plazminogen a jeho aktivátor) a případně také cholinesteráza Snížení aktivity v plazmě je důsledkem poruchy sekreční aktivity orgánu (redukce intaktních buněk nebo poškození buněk).

39 Enzymy s významem v medicíně
Buněčné enzymy lze rozdělit na membránové (typicky například ACP v membránách osteoklastů nebo ALP v membránách osteoblastů), cytosolové (ALT, LD, cytosolová AST) mitochondriální (mitochondriální AST, CK, GMD).

40 Enzymy s významem v medicíně
Secernované enzymy reprezentují například AMS, lipáza nebo trypsinogen. Poznámka Buněčné a secernované enzymy nemají v krevní plazmě specifické funkce, do plazmy se dostávají při poruše permeability buněčné stěny, při destrukci buněk, poruše metabolismu buněk a následným uvolněním enzymu do okolí buňky.

41 Koncentrace (a tedy i koncentraci katalytické aktivity) enzymů v plazmě ovlivňují
clearance ledvinami (molekulová hmotnost enzymů obvykle neumožňuje filtraci, výjimkou je AMS, nikoli však u makroamylázémie), clearance retikuloendotelem (Kupferovými buňkami, slezinou, kostní dření, týká se například LD5, CK-MM, cytosolové i mitochondriální AST), lymfatická drenáž (při imobilizaci se snižuje lymfatická drenáž svalů a vzestup koncentrace enzymů v plazmě je opožděn, netýká se myokardu), vstup enzymů do plazmatického kompartmentu (přestup přes membránu, změna produkce proliferací buněk, defekt produkce, enzymová indukce).

42 Nitrobuněčná lokalizace enzymů
cytosol nebo buněčné struktury (mitochondrie, lysosomy, buněčná membrána), na které jsou vázány. unilokulární solubilní enzymy cytoplazmy: LD, ALT pouze mitochondrie: glutamátdehydrogenáza membrány: ALP, 5'-nukleotidáza, GMT bilokulární enzymy (cytosol i mitochondrie, odlišné molekulové formy): AST, malátdehydrogenáza

43 Patologický vzestup aktivity nebo koncentrace enzymů v plazmě
zvýšenou nabídkou enzymu z buněčných zdrojů, sníženou rychlostí eliminace enzymu z oběhu aktivací či uvolněním enzymu z vazby, která ho v cirkulaci blokovala

44 Patologický vzestup aktivity nebo koncentrace enzymů v plazmě a
Patologický vzestup aktivity nebo koncentrace enzymů v plazmě a. zvýšení nabídky enzymů z buněčných zdrojů indukce buněčné syntézy enzymů a/nebo zvýšený přestup enzymů z buňky do extracelulárního prostoru různý stupeň poškození tkáňové buňky s dílčí poruchou permeability buněčné membrány nebo až o irreversibilní cytolýzu vyvolávající vlivy jsou faktory infekční, imunologické, fyzikální a chemické (toxické), nutriční nebo hypoxicko-anoxické stavy nemusí platit přímá úměra mezi intenzitou chorobného procesu a výší aktivity enzymů v plazmě (etiopatogeneze onemocnění, typ postižené tkáně a její cévní zásobení, charakter enzymu a způsob jeho clearance)

45 Patologický vzestup aktivity nebo koncentrace enzymů v plazmě b
Patologický vzestup aktivity nebo koncentrace enzymů v plazmě b. snížená eliminace enzymů z plazmy poruchy funkce ledvin a jater vazba enzymů na plazmatickou bílkovinu, jako je např. tvorba makromolekulového komplexu alfa amylázy nebo kreatinkinázy s imunoglobulinem M, alfa-2 makroglobulinem apod. (zpomalená clearance enzymu) snížená rychlost eliminace sekrečních enzymů při uzávěru přirozených vývodů exokrinních žláz (konkrementem, zánětem, tumorem) z nashromážděného sekretu resorbují jeho složky stěnami vývodů i ve žláze samotné zpět do krve

46 Patologický vzestup aktivity nebo koncentrace enzymů v plazmě c
Patologický vzestup aktivity nebo koncentrace enzymů v plazmě c. aktivace či uvolnění enzymu z vazby, která ho v cirkulaci blokovala zvýšení katalytické účinnosti enzymu bez přírůstku počtu jeho molekul. Tak např. tyroxin, sekretin a cholecystokinin zvyšují aktivitu střevního isoenzymu ALP v séru. Zdá se, že fenomén aktivace sérových enzymů hormony může mít obecnější charakter.

47 Modifikace struktury a funkce buněčných enzymů (vázaných in vivo na buněčné struktury) po opuštění buňky uvolnění do plazmy má za následek změnu konformace molekuly s ovlivněním katalytické funkce při přechodu do extracelulárního prostředí dojde ke změnám složení a koncentrace iontů či bílkovin důsledkem je, že tkáňový enzym v plazmě "není tím enzymem", kterým byl v buňce

48 Alkoholdehydrogenáza
EC CAS Enzym ze skupiny oxidoreduktáz, katalyzující reakci  alkohol + NAD+  aldehyd + NADH + H+ etanol + NAD+  acetaldehyd + NADH + H+

49 ALT (alaninaminotransferáza)
EC , L‑alanin : 2‑oxoglutarát aminotransferasa cytoplazmatický enzym katalyzující přenos aminoskupiny z L‑alaninu na 2‑oxoglutarát za vzniku pyruvátu a L‑glutamátu reakce je volně reverzibilní, uplatňuje se při syntéze, odbourávání i přeměně aminokyselin. se svým koenzymem pyridoxalfosfátem se tak ALT podílí na metabolismu dusíku v organismu. nejvíce je obsažen v hepatocytech, při poškození buňky se vyplavuje ve zvýšené míře do krve. stanovení aktivity ALT v séru se využívá převážně k posouzení poškození jater.

50 AST (aspartátaminotransferáza)
EC , L‑aspartát : 2‑oxoglutarát aminotransferasa buněčný enzym, vyskytující se jako cytoplazmatický a mitochondriální izoenzym. katalyzuje přenos aminoskupiny z L-aspartátu na 2-oxoglutarát za vzniku oxalacetátu a L-glutamátu reakce je volně reverzibilní, uplatňuje se při syntéze, odbourávání i přeměně aminokyselin se svým koenzymem pyridoxalfosfátem se tak AST podílí na metabolizmu dusíku v organizmu, význam má i při transportu redukčních ekvivalentů přes vnitřní mitochondriální membránu. obsažen v myokardu, kosterním svalu a v hepatocytech při poškození buňky se ve zvýšené míře do krve vyplavuje nejprve cytoplazmatický izoenzym, při těžkém poškození se v krvi zvyšuje i aktivita AST z mitochondrií stanovení katalytické aktivity AST v séru se využívá hlavně k posouzení onemocnění jater, enzym nemá žádný význam pro diagnostiku poruch myokardu

51 GMT (‑glutamyltransferáza)
EC 5‑L‑glutamyl)‑peptid : aminokyselina 5‑glutamyltransferasa membránově vázaný enzym nacházející se ve tkáních, které se podílejí na absorpci a sekreci. katalyzuje přenos gama‑glutamylu z glutathionu na aminokyselinu a umožňuje tak transport aminokyseliny přes buněčnou membránu. vyskytuje se hlavně v játrech, ledvinách, tenkém střevě a v prostatě stanovení aktivity GMT v séru se využívá pro posouzení hepatobiliárních onemocnění

52 ALP (alkalická fosfatáza)
EC fosfohydroláza monoesterů kyseliny ortofosforečné (alkalické optimum) membránový enzym katalyzující hydrolýzu fosfátových esterů při alkalickém pH tetramér, do cirkulace je z membrán uvolňovaný jako dimér tři hlavní izoenzymy (3 různé genové lokusy) placentární (2. chromosom), střevní (2. chromosom) tkáňově nespecifická ALP (1. chromosom, izoformy jaterní, kostní a ledvinnou) onkogenní izoenzymy (produkované nádorovými buňkami). stanovení aktivity v séru se využívá hlavně k posouzení kostních a hepatobiliárních onemocnění.

53 CK (kreatinkináza) EC 2.7.3.2 ATP:kreatin N-fosfotransferáza
cytoplazmatický a mitochondriální enzym katalyzuje reverzibilní přenos vysokoenergetického fosfátu z ATP na kreatin ve vysokých koncentracích především v srdci, v kosterním svalstvu a v mozku, dále v plicích, v trávicím ústrojí, v ledvině, v děloze, v játrech, prostatě cytoplazmatický enzym vyskytuje ve třech dimerických formách: CK BB se skládá ze dvou podjednotek B (brain), CK MM se skládá ze dvou podjednotek M (muscle) CK MB je hybridní dimer, který je charakteristický pro myokard aktivita sérové kreatinkinázy vzrůstá zejména při poškození kosterního nebo srdečního svalu pro diagnostiku postižení jiných orgánů (prostata, mozek a další) se stanovení CK ani CK BB běžně nevyužívá.

54 Lokalizace Podjednotka -název Gen Lokus Poznámka Cytosol B, mozková (cytoplasmic brain subunit) CKB 14q32 Pseudogen lokalizovaný na 16p13. M, svalová (cytoplasmic muscle subunit) CKM 19q13 (19q13.2 – 19q13.3) Mitochondrie Ubikvitní (mitochondrial ubiquitous) CKMT1 15q15 Sarkomerická (mitochondrial sarcomeric) CKMT2 (CKMTS) 5q13.3

55 Tkáň Aktivita CK (U/g vlhké tkáně) Kosterní svaly 2500 – 3000 Myokard 500 – 700 Mozek 200 – 300 Gastrointestinální trakt 120 – 150 Močový měchýř 85 Děloha mimo graviditu 165 Děloha v graviditě 245 Placenta 250 Prostata Plíce 15

56 Tkáň CK MM (%) CK MB CK BB Rychlá (bílá) vlákna kosterního svalu
97 – 99 1 – 3 Pomalá (červená) vlákna kosterního svalu 95 5 Normální myokard Patologicky změněný myokard 70 – 80 Mozek 100 Gastrointestinální trakt Močový měchýř Děloha mimo graviditu Děloha v graviditě 6 94 Placenta 19 1 80 Prostata Plíce 0 – 20

57 Izoformy izoenzymů CK (subizoenzymy, subtypy izoenzymů, subformy izoenzymů)
vznikají postupnou enzymovou proteolýzou řetězce (s odštěpením koncových lysinových molekul) jednotlivých izoenzymů v séru po jejich uvolnění z tkáně rozlišují se 3 izoformy izoenzymu CK MM (CK-MM3, CK-MM2 a CK-MM1) 4 izoformy izoenzymu CK MB po uvolnění izoenzymů z tkáně probíhá proteolýza poměrně velmi rychle a podle procentuálního zastoupení postupných izoforem lze soudit, že došlo k uvolnění izoenzymu z tkáně dříve, často již za hodiny po začátku onemocnění, než podle vzestupu sumární koncentrace izoenzymu

58 LD (laktátdehydrogenáza)
EC (S)‑laktát: NAD+ oxidoreduktáza buněčný enzym, vyskytující se v cytoplazmě všech buněk katalyzuje reverzibilní oxidaci L‑laktátu na pyruvát, jako koenzym využívá NAD+, podílí se na přeměně pyruvátu na laktát v posledním kroku anaerobní glykolýzy. vyskytuje se jako tetramer, tvořený jedním nebo dvěma různými typy podjednotek H a M různá kombinace podjednotek H a M má za následek existenci pěti izoenzymů (LD1=HHHH, LD2=HHHM, LD3=HHMM, LD4=HMMM, LD5=MMMM) jednotlivé tkáně se liší jejich poměrným zastoupením. stanovení aktivity se využívá hlavně k posouzení rozpadu buněk u nádorových onemocnění a u hemolytických anemií význam u onemocnění jater a myokardu ztratila

59 AMS (alfa-amyláza) EC 3.2.1.1 ‑1,4‑D‑glukan glukanohydroláza
trávicí enzym produkovaný slinnými žlázami a pankreatem při trávení sacharidů potravy hydrolyticky štěpí alfa-1,4-glykosidové vazby škrobu, glykogenu a podobných polysacharidů vyskytuje se ve dvou hlavních izoenzymech: slinný pankreatický díky malé velikosti své molekuly je alfa-amyláza filtrována v ledvinách, část je reabsorbována a část se vylučuje močí zvýšenou aktivitu v séru nacházíme při onemocnění žláz, které tento enzym produkují, při destrukci tkání enzymy obsahujících nebo při snížené schopnosti ledvin alfa‑amylázu vylučovat.

60 CHS (cholinesteráza) EC 3.1.1.8 acylcholin acylhydrolázu
sekreční enzym produkovaný jaterními buňkami do krve v plazmě katalyzuje hydrolytické štěpení esterů cholinu a některých dalších substrátů má širší substrátovou specifitu než příbuzná acetylcholinesteráza - enzym podílející se na odbourávání acetylcholinu v nervových synapsích, který se v plazmě nevyskytuje existuje několik genetických variant cholinesterázy, některé z nich vykazují nižší aktivitu, což se může patologicky projevit až po podání určitých léků syntéza cholinesterázy a s tím i její aktivita v plazmě klesá v případě poškození jaterního parenchymu nebo při nedostatku proteinů v dietě nevratně je enzym inhibován organofosfáty používanými jako pesticidy v zemědělství. Jelikož je při otravě organofosfáty inhibována i acetylcholinesteráza na synapsích, vypovídá snížená aktivita cholinesterázy také o míře inhibice tohoto druhého enzymu, který je nezbytný při přenosu nervového vzruchu

61 Cholinesteráza vs. Acetylcholinesteráza
EC acylcholin acylhydroláza vyskytuje se volný v plazmě oficiální název je CHOLINESTERÁZA synonyma pseudocholinesteráza, nespecifická cholinesteráza, cholinesteráza II, butyrylcholinesteráza EC acetylcholin acetylhydroláza účastní se přenosu nervového vzruchu na cholinergních synapsích v plazmě se volný nevyskytuje (je však přítomen v erytrocytech) oficiální název je ACETYLCHOLINESTERÁZA