Reakční kinetika enzymových reakcí; regulace činnosti enzymů

Prezentace na téma: "Reakční kinetika enzymových reakcí; regulace činnosti enzymů"— Transkript prezentace:

1 Reakční kinetika enzymových reakcí; regulace činnosti enzymů

2

3 Reakční kinetika enzymových reakcí
invertasa sacharosa + H2O  glukosa + fruktosa hexosafosfátisomerasa D-glukosa-6-fosfát  D-fruktosa-6-fosfát

4 Reakční kinetika enzymových reakcí
Časová závislost koncentrace substrátu [S] a produktu [P] monomolekulární přeměny S  P. k1 = 0,01 s-1, k-1 = 0 s-1 pro případ 1 ("nevratná reakce") k1 = 0,006 s-1 a k -1 = 0,00375 s-1 pro případ 2 (vratná reakce)

5 Reakční kinetika enzymových reakcí
monomolekulární přeměna S  P Základní definice: pro náš případ: = - Základní model: k k2 E + S ES(EP) P + E k k -2 Zanedbat zpětnou reakci? k k2 E + S ES  P + E k-1

6

7

8

9

10

11 schopna přeměnit 1 molekula enzymu za jednotku času
Další důležité pojmy: definice limitní rychlosti: Vlim = k2 . [Eo] = číslo přeměny = molekulová (molární) aktivita enzymu Katalytická aktivita enzymového preparátu ( množství aktivního enzymu) K čemu to? - kupuji enzym (cena za jednotku) - kolik potřebuji enzymu pro reakci - koncentrace katalytické aktivity (kat/ml) - klin. biochemie Katalytickou aktivitu 1 katalu (1 U) vykazuje enzymový preparát, který za definovaných podmínek (pH, pufr, teplota) při nasycení substrátem přemění 1 mol (1 mol) substrátu za 1 sec (1 min). když [E0] = [ES] počet molů substrátu, které je 1 mol enzymu schopen přeměnit při saturaci substrátem za jednotku času = kolik molekul substrátu je za stejných podmínek schopna přeměnit 1 molekula enzymu za jednotku času

12 Číslo přeměny = molekulová (molární) aktivita enzymu

13 Reakční kinetika enzymových reakcí

14 Reakční kinetika enzymových reakcí
Jak určit hodnoty KM a Vlim? metoda počátečních reakčních rychlostí: závislost vo na [S] Metoda nelineární regrese: Odhad KM = 1,8 mmol.dm-3 a Vlim = 2,5 mmol.dm-3.min-1 "Správné" hodnoty: KM = 2,04  0,43 mmol.dm-3, Vlim = 2,04  0,16 mmol.dm-3.min-1 Michaelisovská závislost počáteční reakční rychlosti na koncentraci substrátu.

15 Závislost počáteční reakční rychlosti na pH a teplotě

16 VÍCESUBSTRÁTOVÁ KINETIKA
- následný mechanismus (postupný, sekvenční) - náhodný - uspořádaný - "ping-pongový" E-P + S1  E-P* + P1 E-P* + S2  E-P + P S1 + S2  P1 + P2

17 "ping-pongový„ mechanismus

18 "NEMICHAELISOVSKÉ" ENZYMY
- positivní homotropní allosterický efekt (allosterické enzymy) - heterotropní allosterický efekt

19 Alosterické enzymy

20 Regulace enzymové aktivity

21 Regulace enzymové aktivity
na úrovni transkripce a translace (konstitutivní a induktivní) pomocí změn kovalentní struktury (řízeno specifickými enzymy) - nevratné (aktivace štěpením peptidové vazby - proenzymy) - vratné (fosforylace, adenylace...) efektory (aktivátory a inhibitory)

22 Regulace enzymové aktivity
INHIBICE: - nevratná vratná: a) substrátem b) kompetitivní (competitive) c) akompetitivní (acompetitive) d) nekompetitivní (noncompetitive)

23 Kompetitivní inhibice
KM´ = , V´lim = Vlim

24 Kompetitivní inhibice

25 Akompetitivní inhibice

26 Akompetitivní inhibice

27 Nekompetitivní inhibice
V´lim =

28 Nekompetitivní inhibice

29

30 Regulace enzymové aktivity

31 Allosterická inhibice (aktivace)

32 Příklad Odhadněte hodnoty Km a Vlim.
Při studiu enzymové reakce byly pro následující výchozí koncentrace substrátu změřeny počáteční rychlosti reakce: Odhadněte hodnoty Km a Vlim. Jaká bude počáteční rychlost při koncentracích substrátu 2, –5 a mol/dm3 ?

33 Imobilizované enzymy Definice IUPAC - enzymy, které jsou fyzicky ohraničeny nebo lokalizovány, zachovávají si svoji aktivitu a mohou být použity opakovaně a kontinuálně

34 Biotechnologie Definice?
Aplikace biologických vědních oborů a inženýrských disciplin k přímému nebo nepřímému využití živých organismů nebo jejich součástí v jejich přirozené nebo modifikované podobě. Přednosti: surovinová základna, energetická nenáročnost, šetrnost k životnímu prostředí Nevýhody: Vysoké náklady na V a V, malá efektivnost?

35 Biotechnologické směry
Průmyslová mikrobiologie Fermentační (ethanol, kyselina citronová) Produkty biosynthes (primární a sekundární metabolity, biopolymery), Biotransformace Biomasa Průmyslové biotechnologie Biotechnologie životního prostředí (bioremediace) Živočišné biotechnologie Biotechnologie užitkových rostlin Veterinární a medicínské biotechnologie

36 Využití enzymů → aplikovaná enzymologie
využití enzymů, resp. enzymových systémů, včetně celých buněk: průmysl potravinářský a nepotravinářský klinická biochemie (diagnostika a stanovení analytů) farmaceutika Technologicky významné enzymy Hydrolasy (80%) – 50% proteasy, 50% glykosidasy Isomerasy GI (12% !) Oxidoreduktasy – (GOD - analytika) Ostatní (5 - 7%) Zdroje technických preparátů enzymů: Mikrobiální (bakterie a plísně) - extremofilní MO rekombinantní technologie živočišné a rostlinné

37 Příklady Biodetergenty
(proteasy, amylasy, lipasy, celulasy, peroxidasy) Hydrolýza škrobu (amylasy, GI, transferasy) Mlékárenství (chymosin) Hydrolýza proteinů ……. až po „biostoning“ (celulasy)