Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

HISTORIE ENZYMOLOGIE 1. Berzelius (18.stol.) – v rostlinách i živočiších probíhají tisíce katalyzovaných reakcí – FERMENTY – fermentace (Fabrony) 2. W.Kühne.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "HISTORIE ENZYMOLOGIE 1. Berzelius (18.stol.) – v rostlinách i živočiších probíhají tisíce katalyzovaných reakcí – FERMENTY – fermentace (Fabrony) 2. W.Kühne."— Transkript prezentace:

1 HISTORIE ENZYMOLOGIE 1. Berzelius (18.stol.) – v rostlinách i živočiších probíhají tisíce katalyzovaných reakcí – FERMENTY – fermentace (Fabrony) 2. W.Kühne – en zýme = v kvasnicích – enzymy 3. J. Sumner (1926) – prokázána bílkovinná povaha enzymů

2 HISTORIE Katalytický účinek enzymů: a) teorie komplementarity – E. Fischer (1894) – představa o vzniku komplexu enzym- substrát b) V.Henri (1902) – představa o vzniku meziproduktu enzym-substrát Michaelis a Mentenová – kinetika jednosubstrátových reakcí (1913)

3 HISTORIE 1814 – první enzym – AMYLASA ze sladu SLINNÁ AMYLASA 1830 – 1840 – žaludeční proteasa – PEPSIN - dnes známo cca 3000 různých enzymů

4 ENZYMY základ existence života

5 CHARAKTERISTIKA 1. Enzymy – ve všech živých systémech. 2. Nejjednodušší buňky – obsahují přes 3000 enzymů. 3. Jeví druhovou specifitu. 4. Veškerá existence života – založena na existenci enzymů. 5. Aktivita enzymů – pružně regulovatelná dle měnících se potřeb organismu.

6 ENZYMY předčí umělé katalyzátory: 1. Jsou účinnější – 1 molekula enzymu je schopna přeměnit až 5.10 na 4 molekul substrátu – což je spojeno se značnou reakční rychlostí (vyšší o několik řádů než u umělých katalyzátorů). 2. Vykazují značnou specifitu jak co do typu katalyzované reakce, tak co do substrátů struktury přeměňovaných

7 ENZYMY předčí umělé katalyzátory: 3. Pracují za mírných podmínek: teplota 20-40°C, tlak 0,1 MPa, pH většina kolem Jejich účinek lze snadno regulovat, dokonce na několika úrovních. 5. Jsou netoxické, na rozdíl od uměle vyrobených enzymů.

8 Jak za tyto přednosti platí živá příroda? - složité struktury enzymů jsou citlivé k řadě vlivů - enzymy podléhají poměrně rychlému opotřebení - podle potřeb regulace jsou stále odbourávány a znovu syntetizovány

9 AKTIVAČNÍ ENERGIE – katalyzátory reakcí

10 KLASIFIKACE A NÁZVOSLOVÍ ENZYMŮ Enzymová komise Mezinárodní unie biochemnie (IUBMB- 1961) – vedle triviálních názvů (pepsin, trypsin, kathepsin,..) i systémové názvosloví (EC klasifikace) - hlavním hlediskem je TYP KATALYZOVANÉ REAKCE: dělení do 6 tříd

11 TŘÍDY ENZYMŮ 1. OXIDOREDUKTÁZY - katalyzují intramolekulární a oxidačně- redukční reakce, mají povahu složených bílkovin - oxidačně-redukční děje se realizují buď: přenosem atomů VODÍKU - dehydrogenázy nebo ELEKTRONŮ - transelektronázy

12 TŘÍDY ENZYMŮ 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

13 TŘÍDY ENZYMŮ 3. HYDROLÁZY -hydrolyticky štěpí vazby, které vznikly kondenzací -například PROTEASY štěpí peptidickou vazbu v molekule proteinů a peptidů 4. LYASY - katalyzují nehydrolytické štěpení a vznik vazeb C-C, C-O, C-N

14 TŘÍDY ENZYMŮ 5. ISOMERAZY -realizují vnitromolekulární přesuny atomů a jejich skupin – vzájemné přeměny isomerů - nejméně početná třída -typ jednoduchých bílkovin -dělení na podtřídy podle typu isomerie

15 TŘÍDY ENZYMŮ 6. LIGASY ( triviální názen SYNTHETASY) -katalyzují vznik energeticky náročných vazeb za současného rozkladu ATP -málo početná třída – uplatňuje se při biosyntézách -povaha složených bílkovin -dělení podle vytvářených vazeb

16

17 VYJÁDŘENÍ KATALYTICKÉ ÚČINNOSTI ENZYMŮ 1972 – definována nová jednotka – KATAL 1 kat – představuje množství katalyzátoru, který přemění za standardních podmínek za 1 sekundu 1 mol substrátu - v praxi se používají zlomky této jednotky : mikrokatal, nanokatal

18 STRUKTURA MOLEKUL ENZYMŮ enzymy : 1.globulární bílkoviny + 2.kofaktor KOFAKTORY – nízkomolekulární struktury, které většinou obsahují heterocyklus Funkce: přenos atomů, skupin atomů a elektronů při biochemických reakcích, které enzymy katalyzují.

19 VAZBA KOFAKTORU A ENZYMU 1. Je-li kofaktor vázán pevnou vazbou (kovalentní) – stabilní součást molekuly – tvoří prostetickou skupinu (př. hem u transelektronáz cytochromů) 2. Je-li kofaktor vázán slabou vazbou – tvoří tzv. koenzym

20 PŘEHLED KOFAKTORŮ klasifikace dle jejich funkcí 1. PYRIDINOVÉ (NIKOTINAMIDOVÉ) - nejdéle známé (1906) NAD +, NADP+ - součástí jejich molekul je niacin – vit. B - známo cca 250 enzymů s těmito kofaktory, jsou povahy transhydrogenas – odnímají substrátům dvojici atomů vodíku

21

22 PRĚHLED KOFAKTORŮ 2. FLAVINOVÉ (ŽLUTÉ) -struktura 1933 FAD, FMN - součástí jejich struktury je riboflavin – vit B2 -účastní se redoxních reakcí -oxidací jsou substrátem odebírány 2H za vzniku = vazby, v této formě jsou žluté -při redukci jsou 2H přijímány a vytváří se bezbarvá leuko forma kofaktorů FADH 2, FMNH 2

23

24 PŘEHLED KOFAKTORŮ 3. alfa – LIPOÁT -objeven 1950 jako růstový faktor určitých mikroorganismů -je součástí některých transhydrogenás -reakce za účasti tohoto kofaktoru jsou součástí komplexního děje : OXIDAČNÍ DEKARBOXYLACE alfa-OXOKYSELIN

25 PŘEHLED KOFAKTORŮ 4. UBICHINONY - fungují v organismu jako časté akceptory atomů vodíku patří mezi ně např. koenzym Q (Co-Q) -jsou součástí mitochondriálních dýchacích řetězců -dalším příkladem je plastochinon – účastní se světelné fáze fotosyntézy

26 PŘEHLED KOFAKTORŮ 5. ATP – adenosintrifosfát -kofaktor má nukleotidovou strukturu -triviálním názvem se označují jako KINASY -přenášejí za odštěpení ADP fosforylovou skupinu

27

28

29 LOKALIZACE ENZYMŮ Dle místa působení: 1. INTRACELULÁRNÍ -jsou a zůstávají uvnitř buňky, ve které vznikly -mohou být vázány v různých biologických strukturách -mnohé z nich jsou pouze v některých orgánech (popř. organelách) 2. EXTRACELULÁRNÍ - jsou buňkami, které je vytvořily vylučovány - nacházejí se ve tkáňových kapalinách (žaludeční šťáva, krev, mozkomíšní mok,…)

30 FORMY ENZYMŮ - některé enzymy jsou syntetizovány v inaktivním stavu – PROENZYMY - jsou dopraveny z místa vzniku do místa působení a jejich aktivaci umožní jiná látka (lipásy alkalické prostředí duodena) -ISOENZYMY – různé formy určitého enzymu, který se postupně nahrazuje během vývoje organismu -(chymosin pepsin)

31 ENZYMATICKÉ REAKCE -reakce enzymů se odehrávají v malé oblasti molekuly enzymu – 1. AKTIVNÍ CENTRUM -do tohoto místa se váží substráty -na výstavbě katalytického centra se účastní několik skupin: -a) katalytické aktivní skupiny – tvoří katalytické centrum -b) skupiny, jejichž úkolem je specificky vázat substrát – vazebné centrum

32 ENZYMATICKÉ REAKCE c) další skupiny, které tvoří vhodné chemické prostředí v centru a vhodnou prostorovou strukturu Vedle aktivního centra jsou v molekule enzymů další významné oblasti pro funkci těchto biokatalyzátorů – tyto oblasti – 2. AKTIVAČNÍ MÍSTA

33 PRŮBĚH ENZYMATICKÉ REAKCE - v oblasti aktivního centra jsou reakce ASYMETRICKÉ – tzn., že připojování struktury se blíží k molekule substrátu z jednoho směru a odštěpované části odcházejí z komplexu enzym-substrát v druhém směru

34 MECHANISMUS ÚČINKU ENZYMŮ Názory na mechanismus účinků enzymů vychází ze dvou představ: 1. Představa teorie komplementarity (též systém zámek a klíč) - formuloval E. Fischer 1894 – do aktivního centra zapadne pouze substrát o vhodné velikosti a tvaru molekuly

35

36 MECHANISMUS ÚČINKU ENZYMŮ 2.Teorie Michaelise a Mentenové ( poč. 20. století) -základem je předpoklad, že molekuly enzymů vážou substrát za tvorby meziproduktu -existence meziproduktu se stala výchozím bodem pro objasnění mechanismu působení enzymů

37

38

39 KINETIKA ENZYMATICKÝCH REAKCÍ Vysvětlení kinetiky enzymatických reakcí: 1. Schéma průběhu enzymatické reakce 2. Saturační křivka – křivka závislosti rychlosti enzymatické reakce na koncentraci substrátu

40

41 SATURAČNÍ KŘIVKA

42 MICHAELISOVA KONSTANTA Michaelisova konstanta - K M - nezávisí na koncentraci enzymu - závisí na prostředí (pH, teplota,...) - hodnoty konstanty mají široké rozmezí – pro většinu enzymů až mol/l - čím je hodnota K M nižší, tím je afinita enzymu k danému substrátu vyšší

43 VÝZNAM K M - umožňuje odhadnout koncentraci substrátu nutnou pro dosažení limitní rychlosti reakce - umožňuje vypočítat počáteční rychlost enzymatické reakce pro danou koncentraci substrátu

44 VLIV REAKČNÍCH PODMÍNEK NA ÚČINNOST ENZYMŮ 1. Koncentrace substrátu - rychlost reakce vrůstá s koncentrací substrátu tak dlouho, dokud se neobsadí všechna aktivní centra enzymu 2. Množství enzymu - rychlost reakce se zvyšuje přímo úměrně s množstvím enzymu

45 VLIV REAKČNÍCH PODMÍNEK NA ÚČINNOST ENZYMŮ 3. pH prostředí -optimální oblast pH (pH= 5-7), kde je jejich účinnost nejvyšší -pH optimum úzké: pepsin: pH 1-2 -pH optimum široké: chymotrypsin: pH teplota prostředí - rychlost reakce roste se vzrůstající teplotou, při teplotě 45-50°C se rychlost zastavuje a začíná klesat

46 OVLIVNĚNÍ ÚČINNOSTI ENZYMŮ - enzymatické reakce ovlivňují EFEKTORY (modifikátory) a)pozitivní efektory – AKTIVÁTORY - látky, které se vážou na molekulu enzymu vratně (např. ionty kovů) a)látky snižující aktivitu enzymů - INHIBITORY – brzdí enzymatické reakce ( ionty anorganických látek, nízkomolekulární látky, antibiotika, kolchicin,...)

47 OVLIVNĚNÍ ÚČINNOSTI ENZYMŮ Inhibitory vyvolávají buď změnu struktury molekuly enzymu nebo konkurují v působení na aktivní centrum substrátu

48 INHIBITORY Inhibitory dělíme z hlediska mechanismu působení: a) kompetitivní inhibitory – inhibitor se váže na aktivní centrum enzymu a zabraňuje tak substrátu vytvořit komplex enzym-substrát b) nekompetitivní inhibitory - inhibitor pevně blokuje reaktivní skupiny aktivního centra enzymu (např. – SH, -OH) - tento účinek mají například ionty těžkých kovů (Hg, Pb, Cu – tzv. katalytické jedy)

49 PROTEOLYTICKÉ ENZYMY - PROTEÁZY - nejvíce prostudované enzymy - katalyzují hydrolýzu bílkovin, peptidů, amidů esterů a aminokyselin - dělení : 4 skupiny dle mechanismu účinku

50 SKUPINY PROTEÁZ 1.SERINOVÉ PROTEÁZY (též – OH proteázy nebo trávicí enzymy) - zásadité pH - trypsin, chymotripsin, - elastáza, trombin, - mikrobní proteázy

51 SKUPINY PROTEÁZ 2. CYSTEINOVÉ PROTEÁZY (thiolové proteázy) - jako katalytickou skupinu používají thiolovou skupinu zbytku cysteinu - neutrální pH a) rostlinné: papain, ficin, bromelain b) živočišné: cathepsin B c) mikrobní: streptokoková proteáza

52 SKUPINY PROTEÁZ 3. ASPARTÁTOVÉ PROTEÁZY - kyselé pH ( dva karboxyly – jeden donorem, druhý akceptorem) - pepsin, chymosin, plísňové proteázy 4. METHALOPROTEÁZY - typická tvorba komplexu s kovem - karboxypeptidáza A - lucinaminopeptidáza (Zn)

53

54


Stáhnout ppt "HISTORIE ENZYMOLOGIE 1. Berzelius (18.stol.) – v rostlinách i živočiších probíhají tisíce katalyzovaných reakcí – FERMENTY – fermentace (Fabrony) 2. W.Kühne."

Podobné prezentace


Reklamy Google